Πώς καθορίζεται η σταθερά ισορροπίας μιας αντίδρασης;

Η σταθερά ισορροπίας (k) μιας αντίδρασης προσδιορίζεται από την αναλογία των προϊόντων σε αντιδραστήρια σε ισορροπία. Μας λέει το βαθμό στον οποίο μια αντίδραση θα προχωρήσει στην ολοκλήρωση. Δείτε πώς είναι αποφασισμένο:

1. Κατανόηση ισορροπίας:

* ισορροπία είναι μια κατάσταση όπου τα ποσοστά των εμπρόσθιων και αντίστροφων αντιδράσεων είναι ίσοι και η καθαρή μεταβολή των συγκεντρώσεων των αντιδραστηρίων και των προϊόντων είναι μηδενική.

* Σε ισορροπία, το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας, με τις εμπρόσθιες και αντίστροφες αντιδράσεις να συνεχίζονται αλλά σε ίσους ρυθμούς.

2. Η σταθερά ισορροπίας (k):

* για μια γενική αναστρέψιμη αντίδραση: aa + bb ⇌ cc + dd

* Η σταθερά ισορροπίας (k) ορίζεται ως:

K =([c]^c * [d]^d) / ([a]^a * [b]^b)

* Πού:

* [A], [B], [C] και [D] είναι οι συγκεντρώσεις ισορροπίας των αντιδραστηρίων και των προϊόντων.

* Α, Β, C και D είναι οι στοιχειομετρικοί συντελεστές από την ισορροπημένη χημική εξίσωση.

3. Προσδιορισμός K:

* Πειραματικά:

* Μετρήστε τις συγκεντρώσεις ισορροπίας όλων των αντιδραστηρίων και των προϊόντων. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διάφορες αναλυτικές τεχνικές, όπως φασματοφωτομετρία, τιτλοδότηση ή χρωματογραφία.

* Αντικαταστήστε τις μετρούμενες συγκεντρώσεις στη σταθερή έκφραση ισορροπίας.

* από θερμοδυναμικά δεδομένα:

* Χρησιμοποιώντας την αλλαγή ενέργειας Gibbs (ΔG °) της αντίδρασης:

* ΔG ° =-rtlnk

* Πού:

* R είναι η ιδανική σταθερά αερίου

* T είναι η θερμοκρασία στο Kelvin

* Υπολογίστε k χρησιμοποιώντας την εξίσωση παραπάνω.

4. Ερμηνεία του k:

* k> 1: Τα προϊόντα ευνοούνται σε ισορροπία και η αντίδραση θα προχωρήσει σε μεγάλο βαθμό στην ολοκλήρωση.

* k <1: Τα αντιδραστήρια ευνοούνται σε ισορροπία και η αντίδραση δεν θα προχωρήσει πολύ στην ολοκλήρωση.

* k =1: Η αντίδραση είναι σε ισορροπία με ίσες ποσότητες αντιδραστηρίων και προϊόντων.

Σημαντικά σημεία:

* Εξάρτηση θερμοκρασίας: Η σταθερά ισορροπίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Η αλλαγή της θερμοκρασίας θα μετατοπίσει τη θέση ισορροπίας και θα αλλάξει την τιμή του Κ.

* Μονάδες: Η σταθερά ισορροπίας είναι μια άχρηστη ποσότητα, που σημαίνει ότι δεν έχει μονάδες.

* ετερογενής ισορροπία: Για τις αντιδράσεις που περιλαμβάνουν στερεά και/ή υγρά, η έκφραση σταθερής ισορροπίας δεν περιλαμβάνει τις συγκεντρώσεις στερεών ή καθαρών υγρών, καθώς οι συγκεντρώσεις τους παραμένουν σχετικά σταθερές.

Με την κατανόηση της έννοιας της ισορροπίας και της σταθεράς ισορροπίας, μπορούμε να προβλέψουμε την κατεύθυνση και την έκταση μιας αντίδρασης, η οποία είναι κρίσιμη σε διάφορους τομείς όπως η χημεία, η βιοχημεία και η χημική μηχανική.