Кожен студент хімії знає принцип Ле Шательє, який говорить, що будь-яка зміна температури, тиск, об’єм або концентрація в даній системі призведе до встановлення нової рівноваги держава. Знаючи про реакцію (наприклад, ендотермічну чи екзотермічну), ви можете використовувати це для прогнозування того, що відбудеться, коли в системі відбудуться зміни.
Але є більш кількісний метод, за допомогою якого можна визначити, в якому напрямку буде сприятлива реакція, і чи в даний час вона знаходиться в рівновазі чи ні, і це називається коефіцієнт реакції. Навчитися розраховувати коефіцієнт реакції для даної реакції - це простий, але потужний інструмент у хімії.
Пояснений коефіцієнт реакції
Коефіцієнт реакції - це спосіб кількісного визначення відносної кількості реагентів та продуктів для оборотної реакції в будь-який момент часу. Йому дано символ Питання, і ви можете розрахувати його, використовуючи просту формулу, що включає концентрації (технічно “діяльність”) продуктів та реагентів, а також їх стехіометричні константи.
Фактор реакції та константа рівноваги (К) є подібними (але не ідентичними) величинами, і порівняння двох у будь-який момент часу підказує, в якому напрямку буде протікати реакція, поки вона не досягне рівноваги.
Різниця між Q та K
Рівняння для Питання і К дуже схожі, залежно від концентрації реагентів та продуктів, але між цими двома величинами є суттєва різниця: Рівняння константи рівноваги лише дійсно, коли система працює на рівновагу (тобто коли швидкість прямої реакції збігається зі швидкістю зворотної реакції).
Коефіцієнт реакції дійсний при всі часи, тому для обчислення реакція не повинна бути рівноважною. Однак, коли реакція знаходиться в рівновазі, Питання = K, і два рівняння дають однаковий результат.
Обчисліть Q для реакції
Рівняння для Питання, для загальної реакції між хімічними речовинами A, B, C. і D форми:
Дається:
Отже, по суті, це продукти, помножені разом, розділені на помножені разом реагенти, кожен піднято до степеня, рівного їх стехіометричним константам (тобто числам кожного компонента в реакція). Однак важливо зазначити, що квадратні дужки в цьому посиланні стосуються діяльності хімічних речовин.
Для твердої або чистої рідини термін у рівнянні для Питання працює до одного, і тому їх можна ефективно ігнорувати. Для розчинника ви використовуєте мольну частку, для газу - парціальний тиск (або молярність), а для розчиненої речовини - молярність.
Простий приклад розрахунку дасть вам уявлення про те, як розрахувати Питання для реакції. Візьміть реакцію:
З молярностями: [CO] = 1 М, [H2O] = 1 М, [CO2] = 2M та [H2] = 2 М, а константа рівноваги К = 1. Зауважте, що стехіометричні константи для кожного з компонентів у цьому випадку однакові, тому вам не потрібно турбуватися про потужності під час обчислення. Використовуючи вираз для Питання дає:
Зверніть увагу, що це значення для Питання більше заданого значення для К.
Інтерпретація Q
Є три основні випадки, які слід розглянути, щоб зрозуміти, в чому цінність Питання говорить вам: Питання > К, Питання = К і Питання < К. Для Питання > К, це означає, що продуктів є більше, ніж було б у рівновазі, і тому реакція зміститься на користь реагентів.
Для Питання = К, реакція знаходиться в рівновазі і буде залишатися такою, якщо щось не заважає системі (наприклад, якщо додається тепло або підвищується тиск).
Для Питання < К, є більше реагентів, ніж продуктів, присутніх у рівновазі, і тому реакція буде проходити в прямому напрямку і сприятиме утворенню продуктів.