Hur man beräknar jämviktstryck

Kemisk jämvikt beskriver "steady state" för en reversibel reaktion, där reaktanterna förvandlas till produkterna och vice versa i samma takt.

Kemister karakteriserar detta tillstånd med hjälp av jämviktskonstant, K_sid, och du kan använda hela uttrycket för denna konstant för att bestämma jämviktstrycket för antingen reaktanterna eller produkterna. Processen kräver lite algebra, men i slutet får du en enkel ekvation som du kan använda för att hitta jämviktstrycket för din reaktion.

Processen för att hitta jämviktstrycket beror starkt på hur kemister beskriver ett jämviktstillstånd för en reaktion. För en generisk gasfasreaktion:

Den allmänna formeln för jämviktskonstanten är:

Här, den P_s hänvisar till partialtrycket för gaserna A, B, C och D (indikeras av prenumerationer). Du kan lätt komma ihåg denna formel som "produkter över reaktanter", men denna enkla form är endast giltig om var och en av komponenterna i reaktionen har 1 som sin stökiometriska koefficient (_a, b, c och d i ovanstående ekvation). Kom ihåg att denna formel bara är giltig vid jämvikt.

I vissa fall kan du se att jämviktskonstanten kallas K_c, och ekvationen för den skriven i termer av molära koncentrationer, och förhållandet mellan dessa två är:

I denna formel, ∆n är förändringen i antalet mol gas från reaktanterna till produkterna.

Nyckeln till att lösa denna ekvation för att hitta jämviktstrycket är att införa kvantiteten x, vilket motsvarar förändringen från initialtrycket till jämviktstrycket. Föreställ dig att du känner till reaktanternas tryck men inte vet vad det kommer att vara vid jämvikt. I så fall kan du helt enkelt skriva varje jämviktstryck som (initialt tryck = x).

Eftersom produkterna i det här fallet börjar med ett partiellt tryck på 0 (eftersom de inte finns), kommer deras jämviktstryck att vara lika med x. Förutsatt att du också känner till själva jämviktskonstanten kan du använda den här informationen för att hitta det partiella tryck du inte känner till.

Ring det initiala trycket P_i och notera att båda reaktanterna måste ha samma tryck. För att förenkla ekvationen kommer detta också att skrivas med koefficientera, b, c och d lika med 1. Så du kan skriva ekvationen som:

Omorganisera denna ekvation för x låter dig hitta skillnaden mellan initialt tryck och jämviktstryck för dina reaktanter och värdet för produkterna också. Efter att ha tagit kvadratroten på båda sidor, multiplicerat med nämnaren för fraktionen och omarrangerat lite mer, ekvationen för x är:

Detta blir en formel för jämviktspartialtryck när du noterar att jämviktstrycket för dina reaktanter är P_i – x, och för dina produkter är det helt enkelt x.

Att arbeta igenom ett exempel kommer att cementera tillvägagångssättet och hjälpa dig att bli bekvämare med att använda ekvationen. Tänk på reaktionen som används för att producera klormetan:

Med K_sid = 5,900. Reaktanterna har ett initialt tryck (i atmosfärer, atm) på P_i = 0,75 atm. Infoga dessa värden i formeln och gå igenom beräkningarna för att hitta partiella tryck:

Detta är värdet för produktens jämviktstryck och för reaktanterna är allt du behöver göra att subtrahera detta från det ursprungliga värdet P_i för att hitta resultatet. Här 0,75 atm - 0,74 atm = 0,01 atm.