Fiecare student la chimie cunoaște principiul Le Chatelier, care afirmă că orice modificare a temperaturii, presiunea, volumul sau concentrația într-un sistem dat vor conduce sistemul la stabilirea unui nou echilibru stat. Cu cunoștințe despre reacție (de exemplu, dacă este endotermă sau exotermă), puteți utiliza acest lucru pentru a prezice ce se va întâmpla atunci când va exista o modificare impusă sistemului.
Dar există o metodă mai cantitativă pe care o puteți folosi pentru a determina ce direcție va favoriza o reacție și dacă este sau nu în prezent la echilibru, iar acest lucru se numește coeficient de reacție. Învățarea calculării coeficientului de reacție pentru o anumită reacție este un instrument simplu, dar puternic în chimie.
S-a explicat coeficientul de reacție
Coeficientul de reacție este o modalitate de cuantificare a cantităților relative de reactanți și produse pentru o reacție reversibilă în orice moment. I se dă simbolul Î, și îl puteți calcula folosind o formulă simplă care implică concentrațiile (tehnic „activitățile”) produselor și reactanților, împreună cu constantele lor stoichiometrice.
Coeficientul de reacție și constanta de echilibru (K) sunt cantități similare (dar nu identice), iar compararea celor două în orice moment dat vă spune în ce direcție va avea loc reacția până când va ajunge la echilibru.
Diferența dintre Q și K
Ecuațiile pentru Î și K sunt foarte asemănătoare, în funcție de concentrațiile de reactanți și produse, dar există o diferență crucială între cele două cantități: Ecuația constantă de echilibru este numai valabil când sistemul este la echilibru (adică atunci când viteza reacției directe se potrivește cu viteza reacției inverse).
Coeficientul de reacție este valabil la toate timpurile, deci reacția nu trebuie să fie la echilibru pentru ca tu să o calculezi. Cu toate acestea, când reacția este în echilibru, Î = K, iar cele două ecuații dau același rezultat.
Calculați Q pentru o reacție
Ecuația pentru Î, pentru o reacție generală între substanțe chimice A, B, C și D a formei:
Este dat de:
Deci, în esență, sunt produsele înmulțite împreună împărțite la reactanții înmulțiți, fiecare ridicate la o putere egală cu constantele lor stoichiometrice (adică numerele fiecărei componente din reacţie). Cu toate acestea, este important să rețineți că parantezele pătrate din acest document se referă la activitățile produselor chimice.
Pentru un lichid solid sau pur, termenul din ecuația pentru Î funcționează la unul și astfel pot fi ignorate în mod eficient. Pentru un solvent, utilizați fracția molară, pentru un gaz folosiți presiunea parțială (sau molaritatea), iar pentru un dizolvat utilizați molaritatea.
Un exemplu simplu de calcul vă va oferi o idee despre cum să calculați Î pentru o reacție. Luați reacția:
Cu molaritățile: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M și [H2] = 2 M, iar constanta de echilibru K = 1. Rețineți că constantele stoichiometrice pentru fiecare dintre componentele în acest caz sunt una, deci nu trebuie să vă faceți griji cu privire la puteri în calcul. Folosind expresia pentru Î dă:
Rețineți că această valoare pentru Î este mai mare decât valoarea dată pentru K.
Interpretarea Q
Există trei cazuri principale de luat în considerare pentru a înțelege care este valoarea Î iti spune: Î > K, Î = K și Î < K. Pentru Î > K, acest lucru înseamnă că există mai mulți produse prezente decât ar exista la echilibru, și astfel reacția se va schimba în favoarea reactanților.
Pentru Î = K, reacția este la echilibru și va rămâne așa, cu excepția cazului în care ceva deranjează sistemul (de exemplu, dacă se adaugă căldură sau crește presiunea).
Pentru Î < K, există mai mulți reactanți decât produsele prezente decât la echilibru, astfel încât reacția va continua în direcția înainte și va favoriza formarea produselor.