Σταθερά ισορροπίας για την πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης

Οι χημικές αντιδράσεις εμφανίζονται για να σχηματίσουν μοναδικές ουσίες που διαφέρουν από τα αντιδρώντα. Οποιοσδήποτε μηχανισμός μέσα και σε όλο τον κόσμο δημιουργεί προϊόντα συνδυάζοντας τα αντιδρώντα της αντίδρασης. Από την προετοιμασία και την πέψη του φαγητού μέχρι τον σχηματισμό καυσίμων, οι χημικές αντιδράσεις παίζουν καθοριστικό ρόλο. Χρησιμοποιούμε τη σταθερά ισορροπίας για να προβλέψουμε την κατεύθυνση μιας χημικής αντίδρασης. Όταν η αντίδραση περιλαμβάνει αέρια, ο τύπος προέρχεται από μετρήσεις πυκνότητας ατμών.

Χημική Αντίδραση

• Μια χημική αντίδραση είναι μια διαδοχική διαδικασία κατά την οποία δύο ή περισσότερες χημικές ουσίες (αντιδρώντα) αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν ένα ή περισσότερα προϊόντα.
• Γενικά, μια χημική αντίδραση περιλαμβάνει δύο πλευρές.
• Η αριστερή πλευρά περιέχει τα αντιδρώντα. Η δεξιά πλευρά έχει τα προϊόντα που σχηματίζονται μέσω της αντίδρασης μεταξύ των αντιδρώντων.
• Μια χημική αντίδραση σε συμβολική μορφή εκφράζεται ως A + B → C + D.

Η κατεύθυνση μιας αντίδρασης

Η κατεύθυνση μιας χημικής αντίδρασης είναι ο τρόπος με τον οποίο λαμβάνει χώρα μια αντίδραση. Οι χημικές αντιδράσεις ταξινομούνται σε δύο:Μη αναστρέψιμες και αναστρέψιμες αντιδράσεις.

Μη αναστρέψιμη αντίδραση

• Σε μια μη αναστρέψιμη αντίδραση, τα αντιδρώντα σχηματίζουν το προϊόν.
• Τέτοιες αντιδράσεις δεν είναι αναστρέψιμες όπως τα προϊόντα που δίνουν τα αντιδρώντα.
• Η γενική έκφραση μιας μη αναστρέψιμης χημικής αντίδρασης είναι A + B → C + D

Για παράδειγμα,

C + O2 → CO2 [Άνθρακας + Οξυγόνο → Διοξείδιο του άνθρακα]

Αναστρέψιμη αντίδραση

• Σε μια αναστρέψιμη αντίδραση, τα αντιδρώντα μπορούν να σχηματίσουν τα προϊόντα και τα προϊόντα μπορούν να αντιδράσουν ξανά για να δώσουν τα αντιδρώντα.
• Είναι αμφίδρομη και συμβαίνει και προς τις δύο κατευθύνσεις.
• Η γενική έκφραση μιας αναστρέψιμης χημικής αντίδρασης είναι A + B ⇄ C + D.

Για παράδειγμα,

N2 + O2 ⇄ 2NO [Άζωτο + Οξυγόνο ⇄ 2 Οξείδιο του αζώτου]

• Τα στοιχεία που εμπλέκονται στην αντίδραση είναι αέρια.
• Έτσι, η κατεύθυνση της αντίδρασης μπορεί να προβλεφθεί από τις μετρήσεις της πυκνότητας ατμών.

Σταθερά ισορροπίας για την πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης

Η ισορροπία της χημικής αντίδρασης είναι μια κατάσταση όπου τα αντιδρώντα και τα προϊόντα δεν υφίστανται περαιτέρω αλληλεπίδραση. Η αντίδραση παραμένει. Αυτό το στάδιο σε μια αναστρέψιμη αντίδραση είναι όπου η συγκέντρωση των αντιδρώντων είναι ίση με αυτή των προϊόντων, σύμφωνα με το νόμο της δράσης μάζας.

Πώς να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας

Σε μια χημική αντίδραση, aA + bB ⇄ cC + dD όπου,

• Α και Β είναι τα αντιδρώντα. a και b είναι οι αντίστοιχοι στοιχειομετρικοί αριθμοί τους.
• C και D είναι τα προϊόντα. c και d είναι οι αντίστοιχοι στοιχειομετρικοί αριθμοί.

Η σταθερά ισορροπίας Kc υπολογίζεται ως

K_γ =[C] [D] /[A] [B]

Σταθερά ισορροπίας είναι ο λόγος της συγκέντρωσης των προϊόντων προς αυτή των αντιδρώντων. Εδώ, η χημική αντίδραση βρίσκεται σε ισορροπία.

Πώς να υπολογίσετε το Πηλίκο Αντίδρασης

Σε μια χημική αντίδραση, aA + bB ⇄ cC + dD όπου,

• Α και Β είναι τα αντιδρώντα. a και b είναι οι αντίστοιχοι στοιχειομετρικοί αριθμοί τους.
• C και D είναι τα προϊόντα. c και d είναι οι αντίστοιχοι στοιχειομετρικοί αριθμοί.

Το πηλίκο αντίδρασης Qc υπολογίζεται ως

Ε_γ =[C] [D] /[A] [B]

Ένα πηλίκο αντίδρασης είναι το ίδιο με τη σταθερά ισορροπίας, με τη διαφορά ότι η αντίδραση δεν βρίσκεται σε ισορροπία.

Πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης

Γνωρίζοντας τις τιμές της σταθεράς ισορροπίας και του πηλίκου αντίδρασης μιας χημικής αντίδρασης, μπορεί να προβλεφθεί η κατεύθυνση της αντίδρασης. Όταν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα είναι αέρια, η κατεύθυνση είναι από τις μετρήσεις της πυκνότητας ατμών των αερίων. Οι τρεις διαφορετικές συνθήκες πρόβλεψης της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης είναι οι εξής.

Αντίστροφη αντίδραση

Qc> Kc

Όταν η τιμή του Qc είναι μεγαλύτερη από την τιμή του Kc, τότε,

• Η αντίδραση προχωρά προς την αντίστροφη κατεύθυνση.
• Σημαίνει ότι τα προϊόντα αντιδρούν ξανά για να σχηματίσουν τα αντιδρώντα.
• Η κατεύθυνση της αντίδρασης είναι από τη δεξιά πλευρά προς την αριστερή πλευρά.
• Η αντίδραση εμφανίζεται προς τα πίσω.

Εμπρός αντίδραση

Qc

Όταν η τιμή του Qc είναι μικρότερη από την τιμή του Kc, τότε,

• Η αντίδραση προχωρά προς τα εμπρός.
• Σημαίνει ότι τα αντιδρώντα σχηματίζουν τα προϊόντα.
• Η κατεύθυνση της αντίδρασης είναι από την αριστερή πλευρά προς τη δεξιά πλευρά.

Αντίδραση ισορροπίας

Qc =Kc

Όταν η τιμή του Qc είναι ίδια με την τιμή του Kc, τότε,

• Η αντίδραση σταματά.
• Σημαίνει ότι τα προϊόντα βρίσκονται στις ίδιες συγκεντρώσεις με τα αντιδρώντα.
• Δεν υπάρχει καμία καθαρή αντίδραση.

Συμπέρασμα

Οι χημικές αντιδράσεις μπορεί να είναι μη αναστρέψιμες ή αναστρέψιμες. Σε μια αναστρέψιμη αντίδραση, ορισμένες παράμετροι λαμβάνονται υπόψη για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης της αντίδρασης. Εκτός από τη χρήση της σταθεράς ισορροπίας για την πρόβλεψη της κατεύθυνσης της αντίδρασης, η τιμή του πηλίκου της αντίδρασης παίζει επίσης καθοριστικό ρόλο. Η αντίδραση είναι προς την αντίστροφη κατεύθυνση όταν το πηλίκο της χημικής αντίδρασης είναι μεγαλύτερο από τη σταθερά ισορροπίας. Όταν η σταθερά ισορροπίας είναι μεγαλύτερη, η χημική αντίδραση είναι προς τα εμπρός. Όταν και οι δύο τιμές είναι ίσες, η αντίδραση σταματά.