Vsak študent kemije pozna načelo Le Chatelierja, ki pravi, da vsaka sprememba temperature, tlak, prostornina ali koncentracija v danem sistemu bodo sistem vodili k vzpostavitvi novega ravnovesja država. Če poznate reakcijo (na primer, ali je endotermna ali eksotermna), lahko to uporabite za napovedovanje, kaj se bo zgodilo ob spremembi sistema.
Vendar obstaja bolj kvantitativna metoda, s katero lahko določite, v katero smer bo reakcija naklonjena in ali je trenutno v ravnovesju ali ne, in to se imenuje količnik reakcije. Učenje izračuna količnika reakcije za določeno reakcijo je preprosto, a močno orodje v kemiji.
Razložen količnik reakcije
Reakcijski količnik je način količinske opredelitve relativnih količin reaktantov in produktov za reverzibilno reakcijo v katerem koli trenutku. Dobil je simbol V, izračunate pa ga lahko po preprosti formuli, ki vključuje koncentracije (tehnično „aktivnosti“) produktov in reaktantov, skupaj z njihovimi stehiometričnimi konstantami.
Reakcijski količnik in ravnotežna konstanta (
K) so podobne (vendar ne enake) količine in primerjava obeh v danem trenutku vam pove, v katero smer bo potekala reakcija, dokler ne doseže ravnotežja.Razlika med Q in K
Enačbe za V in K so zelo podobni, odvisno od koncentracije reaktantov in produktov, vendar obstaja bistvena razlika med obema veličinama: Enačba ravnotežne konstante je samo velja, ko je sistem na ravnotežje (tj. ko se hitrost povratne reakcije ujema s hitrostjo povratne reakcije).
Reakcijski količnik velja pri vse čase, zato ni nujno, da je reakcija ravnotežna, da jo lahko izračunate. Ko pa je reakcija v ravnotežju, V = K, in enačbi dajeta enak rezultat.
Izračunajte Q za reakcijo
Enačba za V, za splošno reakcijo med kemikalijami A, B, C in D oblike:
Podaja:
V bistvu gre za izdelke, pomnožene skupaj, deljene s pomnoženimi reaktanti povišana na stepen, enak njihovim stehiometričnim konstantam (tj. številkam vsake komponente v reakcija). Vendar je pomembno omeniti, da se oglati oklepaji v tem nanašajo na dejavnosti kemikalij.
Za trdno ali čisto tekočino izraz v enačbi za V deluje na enega, zato jih je mogoče učinkovito prezreti. Za topilo uporabite molsko frakcijo, za plin delni tlak (ali molarnost) in za topljeno snov molarnost.
Preprost primer izračuna vam bo dal občutek, kako izračunati V za reakcijo. Vzemite reakcijo:
Z molarnostmi: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M in [H2] = 2 M in ravnotežna konstanta K = 1. Upoštevajte, da so stehiometrične konstante za vsako komponento v tem primeru ena, zato vam ni treba skrbeti za moči pri izračunu. Uporaba izraza za V daje:
Upoštevajte, da je ta vrednost za V je večja od dane vrednosti za K.
Tolmačenje Q
Treba je razmisliti o treh glavnih primerih, da bi razumeli, kakšna je vrednost V vam pove: V > K, V = K in V < K. Za V > K, to pomeni, da je prisotnih več produktov, kot bi jih bilo v ravnovesju, zato se bo reakcija spremenila v korist reaktantov.
Za V = K, reakcija je v ravnotežju in bo ostala, razen če nekaj ne moti sistema (npr. če se doda toplota ali poveča tlak).
Za V < K, prisotnih je več reaktantov kot produktov kot v ravnotežju, zato bo reakcija potekala naprej in bo dala prednost tvorbi produktov.