วิธีการคำนวณความดันสมดุล

ดุลยภาพทางเคมีอธิบายถึง "สภาวะคงตัว" ของปฏิกิริยาที่ย้อนกลับได้ โดยที่สารตั้งต้นจะเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์และในทางกลับกันด้วยอัตราเดียวกัน

นักเคมีกำหนดลักษณะสถานะนี้โดยใช้ ค่าคงที่สมดุล, K_พีและคุณสามารถใช้นิพจน์แบบเต็มสำหรับค่าคงที่นี้เพื่อกำหนดความดันสมดุลสำหรับสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ กระบวนการนี้ต้องใช้พีชคณิตเล็กน้อย แต่ในตอนท้าย คุณจะได้สมการตรงไปตรงมาที่คุณสามารถใช้เพื่อหาแรงดันสมดุลสำหรับปฏิกิริยาของคุณ

กระบวนการในการหาความดันสมดุลนั้นขึ้นอยู่กับว่านักเคมีอธิบายสภาวะสมดุลของปฏิกิริยาอย่างไร สำหรับปฏิกิริยาเฟสแก๊สทั่วไป:

สูตรทั่วไปสำหรับค่าคงที่สมดุลคือ

ที่นี่ P_s หมายถึงแรงดันบางส่วนของก๊าซ A, B, C และ D (ระบุโดยตัวห้อย) คุณสามารถจำสูตรนี้ได้อย่างง่ายดายว่าเป็น "ผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น" แต่รูปแบบง่ายๆ นี้จะใช้ได้ก็ต่อเมื่อส่วนประกอบแต่ละส่วนของปฏิกิริยามี 1 เป็นค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ (_a, ข, ค และ d ในสมการข้างต้น) จำไว้ว่าสูตรนี้ใช้ได้เท่านั้น ที่สมดุล.

ในบางกรณี คุณอาจเห็นค่าคงที่สมดุลเรียกว่า K_คและสมการที่เขียนในรูปความเข้มข้นของโมลาร์ และความสัมพันธ์ระหว่างสองสิ่งนี้คือ

ในสูตรนี้ ∆น คือ การเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของก๊าซจากสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์

กุญแจสำคัญในการแก้สมการนี้เพื่อหาความดันสมดุลคือการแนะนำปริมาณ xซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงจากแรงดันเริ่มต้นเป็นความดันสมดุล ลองนึกภาพคุณทราบความดันของสารตั้งต้น แต่ไม่รู้ว่าจะอยู่ที่สมดุลอย่างไร ในกรณีนั้น คุณสามารถเขียนแต่ละแรงดันดุลยภาพเป็น (ความดันเริ่มต้น = x).

เนื่องจากผลิตภัณฑ์ในกรณีนี้เริ่มต้นด้วยแรงดันบางส่วนที่ 0 (เนื่องจากไม่มีอยู่) แรงดันสมดุลจะเท่ากับ x. หากคุณทราบค่าคงที่สมดุลด้วย คุณสามารถใช้ข้อมูลนี้เพื่อค้นหาแรงกดดันบางส่วนที่คุณไม่ทราบ

เรียกแรงดันเริ่มต้น พี_ผม และสังเกตว่าสารตั้งต้นทั้งสองต้องมีความดันเท่ากัน นอกจากนี้ เพื่อลดความซับซ้อนของสมการ ให้เขียนด้วย ค่าสัมประสิทธิ์, ข, ค และ d เท่ากับ 1 คุณจึงเขียนสมการได้ดังนี้

การจัดเรียงสมการนี้ใหม่สำหรับ x ช่วยให้คุณค้นหาความแตกต่างระหว่างความดันตั้งต้นกับความดันสมดุลของสารตั้งต้นของคุณ และค่าของผลิตภัณฑ์ด้วย หลังจากหารากที่สองของทั้งสองข้างแล้วคูณด้วยตัวส่วนของเศษส่วนแล้วจัดเรียงใหม่อีกเล็กน้อย สมการของ x คือ:

นี่จะกลายเป็นสูตรความดันบางส่วนของสมดุลเมื่อคุณสังเกตว่าความดันสมดุลของสารตั้งต้นของคุณคือ พี_ผม – xและสำหรับผลิตภัณฑ์ของคุณก็เป็นเรื่องง่าย it x.

การทำงานผ่านตัวอย่างจะช่วยประสานแนวทางและช่วยให้คุณคุ้นเคยกับการใช้สมการมากขึ้น พิจารณาปฏิกิริยาที่ใช้ในการผลิตคลอโรมีเทน:

ด้วย K_พี = 5,900. สารตั้งต้นมีความดันเริ่มต้น (ในบรรยากาศ, atm) เท่ากับ พี_ผม = 0.75 ตู้เอทีเอ็ม ใส่ค่าเหล่านี้ลงในสูตรและดำเนินการคำนวณเพื่อค้นหาแรงกดดันบางส่วน:

นี่คือค่าความดันสมดุลของผลิตภัณฑ์ และสำหรับสารตั้งต้น สิ่งที่คุณต้องทำคือลบค่านี้ออกจากค่าเริ่มต้น พี_ผม เพื่อหาผลลัพธ์ ที่นี่ 0.75 atm – 0.74 atm = 0.01 atm