Хімічна рівновага описує «стійкий стан» оборотної реакції, коли реагенти перетворюються на продукти і навпаки з однаковою швидкістю.
Хіміки характеризують цей стан за допомогою константа рівноваги, Кстор, і ви можете використовувати повний вираз для цієї константи, щоб визначити рівноважний тиск або для реагентів, або для продуктів. Процес вимагає трохи алгебри, але в кінці ви отримаєте прямолінійне рівняння, за допомогою якого можна знайти рівноважний тиск для вашої реакції.
Постійна рівноваги
Процес пошуку рівноважного тиску сильно залежить від того, як хіміки описують стан рівноваги для реакції. Для загальної газофазної реакції:
Загальною формулою для константи рівноваги є:
Ось, P_s відносяться до парціальних тисків газів A, B, C і D (позначені індексами). Ви можете легко запам'ятати цю формулу як "продукти над реагентами", але ця проста форма дійсна лише в тому випадку, якщо кожен із компонентів реакції має своїм стехіометричним коефіцієнтом 1 (_a, b, c і d у наведеному вище рівнянні). Пам’ятайте, що ця формула дійсна лише в рівновазі.
У деяких випадках ви можете побачити, як називається константа рівноваги Кc, і рівняння для нього записане через молярні концентрації, і взаємозв'язок між цими двома:
У цій формулі ∆п - це зміна кількості молей газу від реагентів до продуктів.
Перестановка рівняння
Ключем до вирішення цього рівняння для знаходження рівноважного тиску є введення величини х, що відповідає зміні від початкового тиску до рівноважного тиску. Уявіть, що ви знаєте тиск реагентів, але не знаєте, яким він буде в рівновазі. У цьому випадку ви можете просто записати кожен рівноважний тиск як (початковий тиск = х).
Оскільки продукти в цьому випадку починаються з парціальним тиском 0 (оскільки їх немає), їх рівноважний тиск буде дорівнює х. За умови, що ви також знаєте саму константу рівноваги, ви можете використовувати цю інформацію, щоб знайти часткові тиски, яких ви не знаєте.
Викличте початковий тиск Pi і зауважте, що обидва реагенти повинні знаходитися під однаковим тиском. Крім того, для спрощення рівняння це буде записано з коефіцієнтиа, b, c і d як рівне 1. Отже, ви можете записати рівняння як:
Переставляючи це рівняння для х дозволяє знайти різницю між початковим тиском і рівноважним тиском для ваших реагентів, а також значенням для продуктів. Взявши квадратний корінь з обох сторін, помноживши на знаменник дробу, і переставивши трохи більше, рівняння для х це:
Це стає формулою рівноважного парціального тиску, коли ви зазначаєте, що рівноважний тиск ваших реагентів є Pi – х, а для вашої продукції це просто х.
Обчисліть рівноважний тиск
Опрацювання прикладу закріпить підхід і допоможе вам зручніше користуватися рівнянням. Розглянемо реакцію, яка використовується для отримання хлорметану:
С Кстор = 5,900. Початковий тиск (в атмосферах, атм) реагентів становить Pi = 0,75 атм. Вставте ці значення у формулу та проведіть обчислення, щоб знайти парціальний тиск:
Це значення рівноважних тисків продуктів, а для реагентів все, що вам потрібно зробити, це відняти це від початкового значення Pi щоб знайти результат. Тут 0,75 атм - 0,74 атм = 0,01 атм.