Σταθερές ισορροπίας (Kp και Kc) και η σημασία τους

Εισαγωγή

Όταν μια χημική διεργασία επιτυγχάνει ισορροπία, η σταθερά ισορροπίας (συνήθως υποδεικνύεται με το σύμβολο K) προσφέρει πληροφορίες σχετικά με τις σχέσεις μεταξύ των αντιδρώντων ειδών. Αξίζει να σημειωθεί ότι διάφορες διακριτές κατηγορίες κινητικών παραμέτρων δίνουν δεσμούς μεταξύ ισορροπημένων χημικών αντιδράσεων.

Χημική ισορροπία 

Χημική ισορροπία είναι μια σημαντική πτυχή των βιολογικών και χημικών διεργασιών. Όταν ένα κλειστό δοχείο χρησιμοποιείται για την εξάτμιση ενός υγρού, τα μόρια με υψηλότερη κινητική ενέργεια διαφεύγουν από την επιφάνεια του υγρού και μετατρέπονται σε φάση ατμού. Ο αριθμός των υγρών μορίων από τη φάση ατμού κολλάει στην επιφάνεια του υγρού και διατηρείται στην υγρή φάση. Προκαλεί την τάση ατμών λόγω της ισορροπίας. Ο αριθμός των μορίων που αποχωρούν ισούται με τον αριθμό των υγρών ατμών που επιστρέφουν. Σε αυτό το στάδιο της διαδικασίας, μπορεί να ειπωθεί ότι το σύστημα έχει φτάσει σε κατάσταση ισορροπίας. Σε κατάσταση ισορροπίας, ο ρυθμός προς τα εμπρός αντίδρασης ισούται με τον ρυθμό απόκρισης προς τα πίσω:

δηλαδή, rf =rb Ή, kf × α × [A]a[B]b =kb × α × [C]c [D]d

Το προαναφερθέν διπλό βέλος υποδεικνύει ότι η διαδικασία επεξεργάζεται ταυτόχρονα και από τις δύο πλευρές. Το μείγμα αντιδρώντων και προϊόντων σε κατάσταση ισορροπίας είναι γνωστό ως μείγμα ισορροπίας.

Kequ =kf/kb =[C]c [D]d/[A]a [B]b =Kc

Εδώ, τα Α και Β είναι τα αντιδρώντα, τα C και D είναι το γινόμενο και το Kc είναι η σταθερά ισορροπίας.

Σταθερές ισορροπίας (K p και K γ ) 

Η σταθερά ισορροπίας είναι το σύμβολο που υποδηλώνει τη σχέση μεταξύ προϊόντος και αντιδρώντων όταν φθάνει στο στάδιο της ισορροπίας σε μια χημική αντίδραση. Συνήθως παρουσιάζει το Κ ως σύμβολο σταθερών. Σταθερές ισορροπίας μιας συγκέντρωσης οποιασδήποτε χημικής αντίδρασης στο στάδιο ισορροπίας ορίζει τη σχέση μεταξύ προϊόντων και αντιδρώντων οποιασδήποτε αντίδρασης στο στάδιο ισορροπίας.

Η σταθερά ισορροπίας Kc για την αντίδραση σε υγρά μετριέται σε Moles ανά λίτρο. Ομοίως για μια αέρια αντίδραση, ο τύπος είναι, K equ =kf/kb =[[PC]c [PD]d]/[[PA]a [PB]b] =Kp. Εδώ το Kp δηλώνει τη σταθερά ως προς τη μερική πίεση.

Διαφορετικές τιμές Kp και Kc υποδηλώνουν διαφορετικές μετατροπές. Για παράδειγμα, μεγαλύτερες τιμές Kc και Kp =υψηλότερο ποσοστό μετατροπής και σχηματισμός προϊόντος. Χαμηλότερες τιμές Kc και Kp =χαμηλότερο ποσοστό μετατροπής και σχηματισμός προϊόντος. Μέση τιμή Kc και Kp =βέλτιστος σχηματισμός προϊόντος.

Σχέση μεταξύ Kp και Kc

K p και K γ είναι οι δύο σταθερές ισορροπίας του ιδανικού μίγματος αερίων, το οποίο θεωρείται υπό αναστρέψιμη αντίδραση. Το Kp συμβολίζεται ως η σταθερά ισορροπίας που αντιπροσωπεύει την ατμοσφαιρική πίεση, ενώ το Kc συμβολίζεται ως η έκφραση της συγκέντρωσης στην ηθική.

Η σχέση μεταξύ Kp και Kc παρουσιάζεται σε μια απλή παραγωγή λαμβάνοντας υπόψη την αναστρέψιμη αντίδραση.

Το «a» mol του αντιδραστηρίου «A» αντιδρά με το «b» mol του αντιδραστηρίου «B» για να δώσει «c» mol του προϊόντος «C» και «d» moles του προϊόντος «D». "aA + bB⇌cC + dD". Εδώ a, b, c, d είναι οι στοιχειομετρικοί συντελεστές των προϊόντων A, B και C, D. 

Ομοίως, η σταθερά ισορροπίας Kc για την αντίδραση με αναστρέψιμο τρόπο παράγεται ως, 

Kc=[C]c [D]d / [A]a [B]b

Εδώ, το C είναι η μοριακή συγκέντρωση του προϊόντος «c». D είναι η μοριακή συγκέντρωση του προϊόντος «d». Ομοίως, το Α είναι για το προϊόν «α» και το Β για το προϊόν «β».

Η εξαγωγή της εξίσωσης Kp της ατμοσφαιρικής πίεσης δίνεται παρακάτω.

Kp=PCcPDd/PAaPBb, όπου, PC είναι η μερική πίεση του Προϊόντος «c» και ομοίως PD για το «d», PA για το «a» και PB για το «b».

Η εξαγωγή της διαλογής  της σχέσης μεταξύ Kp και Kc είναι PV =nRT. Εδώ το P σημαίνει την πίεση του ιδανικού αερίου. Το V σημαίνει όγκος του ιδανικού αερίου. n είναι ο αριθμός των moles, R η καθολική σταθερά αερίου και T για τη θερμοκρασία.

Επομένως, μπορεί να αποδειχθεί ότι η Kc και η Kp είναι η σταθερά ισορροπίας του αέριου μείγματος και σε μια αναστρέψιμη αντίδραση είναι ανάλογες μεταξύ τους.

Συμπέρασμα 

Η υπολογισμένη τιμή μιας χημικής αντίδρασης είναι η ποσότητα του διαφορικού της απόκρισης στη σταθερά ισορροπίας, μια συνθήκη που επιτυγχάνεται από μια κινούμενη χημική εξίσωση μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Αξίζει να αναφερθεί ότι πολλοί διαφορετικοί τύποι κινητικών παραμέτρων παρέχουν συνδέσμους μεταξύ χημικών διεργασιών σε ισορροπία.