Ako vypočítať rovnovážné tlaky

Chemická rovnováha popisuje „ustálený stav“ reverzibilnej reakcie, pri ktorej sa reaktanty premenia na produkty a rovnakou rýchlosťou.

Chemici charakterizujú tento stav pomocou rovnovážna konštanta, K_pa pre túto konštantu môžete použiť plný výraz na určenie rovnovážneho tlaku buď pre reaktanty, alebo pre produkty. Tento proces vyžaduje trochu algebry, ale na konci dostanete rovnicu, pomocou ktorej môžete nájsť rovnovážny tlak pre svoju reakciu.

Proces hľadania rovnovážneho tlaku silne závisí od toho, ako chemici popisujú rovnovážny stav pre reakciu. Pre všeobecnú reakciu v plynnej fáze:

Všeobecný vzorec pre rovnovážnu konštantu je:

Tu je P_s znamenajú parciálne tlaky plynov A, B, C a D (označené indexmi). Tento vzorec si môžete ľahko zapamätať ako „produkty nad reaktantmi“, ale táto jednoduchá forma je platná, iba ak má každá zo zložiek reakcie stechiometrický koeficient 1 (_a, b, c a d vo vyššie uvedenej rovnici). Pamätajte, že tento vzorec je platný iba v rovnováhe.

V niektorých prípadoch môžete vidieť volanú rovnovážnu konštantu

V tomto vzorci ∆n je zmena v počte mólov plynu z reaktantov na produkty.

Kľúčom k vyriešeniu tejto rovnice na nájdenie rovnovážneho tlaku je zavedenie veličiny X, čo zodpovedá zmene z počiatočných tlakov na rovnovážny tlak. Predstavte si, že poznáte tlak reaktantov, ale neviete, aký bude tlak v rovnováhe. V takom prípade môžete každý rovnovážny tlak jednoducho zapísať ako (počiatočný tlak = X).

Pretože produkty v tomto prípade začínajú s parciálnym tlakom 0 (pretože nie sú prítomné), ich rovnovážny tlak sa bude rovnať X. Ak viete aj samotnú rovnovážnu konštantu, môžete pomocou tejto informácie zistiť čiastočné tlaky, ktoré nepoznáte.

Zavolajte počiatočný tlak P_i a všimnite si, že obidve reaktanty musia byť pod rovnakým tlakom. Pre zjednodušenie rovnice bude tiež napísaná s koeficientya, b, c a d ako 1. Môžete teda napísať rovnicu ako:

Preskupenie tejto rovnice pre X umožňuje nájsť rozdiel medzi počiatočným tlakom a rovnovážnym tlakom vašich reaktantov a hodnotou tiež pre produkty. Po vzatí druhej odmocniny oboch strán, vynásobení menovateľom zlomku a trochu ďalšom usporiadaní platí rovnica pre X je:

Toto sa stane vzorcom rovnovážneho parciálneho tlaku, keď si uvedomíte, že rovnovážny tlak vašich reaktantov je P_i – Xa pre vaše výrobky je to jednoducho X.

Práca na príklade upevní prístup a pomôže vám pohodlnejšie používať rovnicu. Zvážte reakciu použitú na výrobu chlórmetánu:

S K_p = 5,900. Reaktanty majú počiatočný tlak (v atmosfére, atm) rovný P_i = 0,75 atm. Vložte tieto hodnoty do vzorca a vykonaním výpočtov nájdite čiastkové tlaky:

Toto je hodnota pre rovnovážné tlaky produktov a pre reaktanty stačí, aby ste ju odpočítali od počiatočnej hodnoty P_i nájsť výsledok. Tu 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.