Reakcje odwracalne zachodzą w obu kierunkach, ale każda reakcja odwracalna ustala się w pozycji „równowagi”. Jeśli chcesz scharakteryzować równowagę takiej reakcji, stała równowagi opisuje równowagę między produktami i reagentami. Obliczenie stałej równowagi wymaga znajomości stężeń produktów i reagentów w reakcji, gdy jest ona w równowadze. Wartość stałej zależy również od temperatury i tego, czy reakcja jest egzotermiczna czy endotermiczna.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Dla ogólnej reakcji:
aA(g) + bB(g) gG(g) + hH(g)
Tutaj małe litery oznaczają liczbę moli każdego z nich, duże litery oznaczają chemiczne składniki reakcji, a litery w nawiasach reprezentują stan materii. Wyznaczasz stałą równowagi koncentracji za pomocą wyrażenia:
Kdo = [G]sol [H]h ÷ [A]za[B]b
Dla reakcji egzotermicznych podwyższenie temperatury obniża wartość stałej, a dla reakcji endotermicznych podwyższenie temperatury zwiększa wartość stałej.
Obliczanie stałej równowagi
Wzór na stałą równowagi odwołuje się do ogólnej „jednorodnej” reakcji (gdzie stany materii produktów i reagentów są takie same), czyli:
aA(g) + bB(g) gG(g) + hH(g)
Gdzie małe litery oznaczają liczbę moli każdego składnika w reakcji, a wielkie litery zastępują chemikalia biorące udział w reakcji, a litera (g) w nawiasie oznacza stan skupienia (gaz, w tym walizka).
Poniższe wyrażenie określa stałą równowagi stężenia (Kdo):
Kdo = [G]sol [H]h ÷ [A]za[B]b
Tutaj nawiasy kwadratowe dotyczą stężeń (w molach na litr) każdego ze składników reakcji w stanie równowagi. Zauważ, że mole każdego składnika w oryginalnej reakcji są teraz wykładnikami w wyrażeniu. Jeśli reakcja faworyzuje produkty, wynik będzie większy niż 1. Jeśli faworyzuje reagenty, będzie to mniej niż 1.
W przypadku reakcji niejednorodnych obliczenia są takie same, z wyjątkiem ciał stałych, czystych cieczy i rozpuszczalników, które są po prostu liczone jako 1 w obliczeniach.
Stała równowagi ciśnienia (Kp) jest bardzo podobny, ale jest używany do reakcji z udziałem gazów. Zamiast stężeń wykorzystuje ciśnienia cząstkowe każdego składnika:
Kp = psolsol pHh ÷ pZAza pbb
Tutaj (psol) to ciśnienie składnika (G) itd., a małe litery oznaczają liczbę moli w równaniu reakcji.
Wykonujesz te obliczenia w dość podobny sposób, ale zależy to od tego, ile wiesz o ilościach lub ciśnieniach produktów i reagentów w równowadze. Możesz określić stałą, używając znanych wartości początkowych i jednej wartości równowagi za pomocą odrobiny algebry, ale generalnie jest to prostsze ze znanymi stężeniami równowagi lub ciśnieniami.
Jak temperatura wpływa na stałą równowagi?
Zmiana ciśnienia lub stężeń substancji obecnych w mieszaninie nie zmienia stałej równowagi, chociaż oba te czynniki mogą wpływać na położenie równowagi. Te zmiany mają tendencję do cofania efektu wprowadzonej zmiany.
Z drugiej strony temperatura zmienia stałą równowagi. W przypadku reakcji egzotermicznych (wydzielających ciepło) podwyższenie temperatury powoduje zmniejszenie wartości stałej równowagi. Dla reakcji endotermicznych, które pochłaniają ciepło, zwiększenie temperatury zwiększa wartość stałej równowagi. Konkretną zależność opisuje równanie van’t Hoffa:
ln (K2÷ K1) = (−∆H0÷ R) × ( 1/T2 - 1/T1)
Gdzie (∆H0) jest zmianą entalpii reakcji, (R) jest uniwersalną stałą gazową (T1) oraz T2) to temperatura początkowa i końcowa, oraz (K1) i (K2) to początkowa i końcowa wartość stałej.