Τι είναι η σταθερά ισορροπίας;

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το άρθρο σχετικά με τη χημική ισορροπία, θα μάθουμε για τη σταθερά ισορροπίας , που συχνά αναφέρεται και ως συντελεστής ισορροπίας . Αυτό το άρθρο εξηγεί τι είναι η σταθερά ισορροπίας, γιατί είναι σημαντική και πώς να την υπολογίσετε. Εισάγουμε την εξίσωση ισορροπίας , και θα μάθετε εν συντομία για το πηλίκο αντίδρασης . Ορίζουμε επίσης την ισορροπία και συζητάμε τη διαφορά μεταξύ δυναμικής και χημικής ισορροπίας.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Η αρχή του Le Chatelier
• Πώς να υπολογίσετε τη μοριακότητα
• Χημικές εξισώσεις εξισορρόπησης
• Τρόπος προσδιορισμού του νόμου ποσοστού
• Κοινό φαινόμενο ιόντων
• Ksp – Σταθερά προϊόντος διαλυτότητας

Αναθεώρηση:Τι είναι η δυναμική ισορροπία;

Ας ορίσουμε λοιπόν την ισορροπία. Η δυναμική ισορροπία, ή η χημική ισορροπία, αναφέρεται στην κατάσταση στην οποία βρίσκεται μια χημική αντίδραση όταν η μπροστινή και η αντίστροφη αντίδραση είναι σε ίσους ρυθμούς, που σημαίνει ότι οι συγκεντρώσεις των προϊόντων και των αντιδρώντων παραμένουν σταθερές. Ο ρυθμός με τον οποίο σχηματίζονται προϊόντα από τα αντιδρώντα είναι ο ίδιος με τον ρυθμό διάσπασης των προϊόντων σε αντιδρώντα.

Λάβετε υπόψη ότι αυτό δεν σημαίνει ότι οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων πρέπει απαραίτητα να είναι ίδιες, απλώς οι ρυθμοί σχηματισμού είναι ίσοι, επομένως δεν υπάρχει συνολική αλλαγή στη συγκέντρωση.

Μια σχετική έννοια ονομάζεται ομοιόσταση , που όταν ένας ζωντανός οργανισμός διατηρεί το pH, το μεταβολισμό, τη θερμοκρασία κ.λπ. σε στενό εύρος μέσω μιας διαδικασίας αυτορρύθμισης. Αυτή η κατάσταση μπορεί να είναι ή να μην βρίσκεται σε πραγματική ισορροπία.

Δυναμική ισορροπία έναντι χημικής ισορροπίας

Η δυναμική και η χημική ισορροπία είναι ισοδύναμες στις περισσότερες περιπτώσεις. Η χημική ισορροπία αναφέρεται σε μια χημική αντίδραση, όπου τα αντιδρώντα και τα προϊόντα βρίσκονται σε ισορροπία. Πάρτε για παράδειγμα μια φυσική διαδικασία χωρίς χημικές αλλαγές, όπως αέρια που διαχέονται μεταξύ των δοχείων. Εάν αυτό έφτασε σε ισορροπία, τότε θα ήταν μια μορφή δυναμικής ισορροπίας, αλλά όχι μια μορφή χημικής ισορροπίας.

Τι είναι η σταθερά ισορροπίας; Τι αντιπροσωπεύει;

Η σταθερά ισορροπίας, Κ, αντιπροσωπεύει την έκταση μιας αντίδρασης όταν βρίσκεται σε ισορροπία. Χρησιμοποιεί τις συγκεντρώσεις και τους συντελεστές κάθε αντιδρώντος και προϊόντος για να σχηματίσει μια αναλογία. Από την τιμή K, μπορούμε να καταλάβουμε εάν μια αντίδραση ευνοεί περισσότερο τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα και επομένως πού βρίσκεται η θέση ισορροπίας.

Εάν K> 1 , η θέση ισορροπίας βρίσκεται στα δεξιά, που σημαίνει ότι ο σχηματισμός των προϊόντων ευνοείται στην αντίδραση.

Αν K <1 , η θέση ισορροπίας βρίσκεται στα αριστερά, που σημαίνει ότι ευνοείται ο σχηματισμός των αντιδρώντων.

Με παρόμοιο τρόπο, εάν K =1 , αυτό δείχνει ότι η θέση ισορροπίας βρίσκεται απευθείας στο κέντρο, επομένως ούτε τα προϊόντα ούτε τα αντιδρώντα ευνοούνται.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η τιμή του Κ, και αυτό που δείχνει για την αντίδραση, αλλάζει με τη θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαλυτότητα μιας ουσίας μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί ανάλογα με τη θερμοκρασία. Εξαιτίας αυτού, οι συγκεντρώσεις, και επομένως η ισορροπία της αντίδρασης, μπορούν επίσης να αλλάξουν ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Η εξίσωση της ισορροπίας

Πώς να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας

Για μια εξίσωση ισορροπίας aA + bB ⇌ cC + dD , η σταθερά ισορροπίας, μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο K =[C][D] / [A][B] , όπου το Κ είναι σταθερά. Οι συγκεντρώσεις όλων των προϊόντων είναι στον αριθμητή και οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων στον παρονομαστή. Στη συνέχεια, κάθε συστατικό αυξάνεται στην ισχύ του συγκεκριμένου συντελεστή τους. Η σταθερά ισορροπίας είναι ίση με τη σταθερά ταχύτητας της μπροστινής αντίδρασης διαιρούμενη με τη σταθερά ταχύτητας της αντίστροφης αντίδρασης.

Αυτή η σχέση, η σταθερά ισορροπίας, είναι γνωστή ως νόμος της μαζικής δράσης. Ο νόμος ορίζει, πρώτον, ότι ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων της. Δηλώνει επίσης, δεύτερον, και πιο σημαντικό για εμάς αυτή τη στιγμή, ότι η αναλογία συγκέντρωσης αντιδρώντων και προϊόντων είναι σταθερή για μια αντίδραση σε ισορροπία. Αυτή η σταθερά είναι γνωστή ως σταθερά ισορροπίας, K.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η σχέση K =[C][D] / [A][B] είναι άμεσα ισοδύναμη με K =k_{προς τα εμπρός} / k_{αντίστροφα} , όπου k_{προώθηση} είναι η σταθερά ταχύτητας για την προς τα εμπρός αντίδραση και k_{αντίστροφη} είναι η σταθερά ταχύτητας για την αντίστροφη αντίδραση:

Βαθμολογήστε_{προώθηση} =k_{προώθηση} x [A][B] &Rate_{αντίστροφη} =k_{αντίστροφα} x [C][D]
Έτσι, k_{προώθηση} / k_{αντίστροφα} =[C][D] / [A][B] =K.

Αυτή η εξίσωση εξηγεί επίσης γιατί το K υποδεικνύει την έκταση της αντίδρασης. Αν K> 1 τότε ο αριθμητής, που αντιπροσωπεύεται από τη συγκέντρωση των προϊόντων, είναι μεγαλύτερος. Εάν K <1 τότε ο παρονομαστής, που αντιπροσωπεύεται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, είναι μεγαλύτερος.

Έχετε υπόψη κατά τον υπολογισμό του K!

Για να υπολογίσετε τον συντελεστή ισορροπίας, γράψτε πρώτα την ισορροπημένη εξίσωση χημικής ισορροπίας. Δεδομένου του νόμου της δράσης της μάζας, οι συντελεστές κάθε ουσίας έχουν σημασία, επομένως είναι σημαντικό η εξίσωση να είναι σωστά ισορροπημένη.

Επιπλέον, φροντίστε να διατηρείτε σταθερή την έκφραση των συγκεντρώσεων όλων των διαλυμάτων. Αυτό είναι πολύ σημαντικό επειδή το Κ βρίσκεται χρησιμοποιώντας τις συγκεντρώσεις προϊόντων και αντιδρώντων. Συνηθέστερα, τα διαλύματα εκφράζονται σε M, ή περιστασιακά σε moles εάν όλα τα διαλύματα είναι στον ίδιο όγκο. Στα στερεά, στα υγρά και στους διαλύτες αποδίδεται η τιμή 1, επομένως οι συγκεντρώσεις τους δεν επηρεάζουν την τιμή του Κ. Με αυτόν τον τρόπο, μόνο υδατικά διαλύματα και αέρια μετρήστε στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας.

Πώς να βρείτε τη σταθερά ισορροπίας από άλλες, γνωστές τιμές K

Είναι επίσης δυνατό να βρεθεί η σταθερά ισορροπίας για μια αντίδραση χρησιμοποιώντας τις τιμές Κ για άλλες, γνωστές αντιδράσεις. Υπάρχουν ορισμένοι κανόνες που πρέπει να ακολουθήσετε σε αυτές τις περιπτώσεις:

1. Όταν προστίθενται 2 ή περισσότερες αντιδράσεις μαζί για να δημιουργήσετε μια νέα, πολλαπλασιάστε όλες τις υπάρχουσες τιμές K μαζί για να λάβετε τη σταθερά ισορροπίας για τη νέα αντίδραση. K_νέο =K₁ x K₂ x K₃ x…
2. Όταν πολλαπλασιάζεται μια ολόκληρη αντίδραση με έναν αριθμητικό παράγοντα N , αυξήστε την υπάρχουσα τιμή K στην ισχύ του N για να λάβετε τη νέα σταθερά. K_νέο =(K_{πρωτότυπο} )
3. Όταν αντιστρέφεται μια αντίδραση , πάρτε το αντίστροφο της υπάρχουσας τιμής K για να λάβετε τη νέα. K_νέο =1 / K_{πρωτότυπο}
4. Όταν εκτελείτε συνδυασμό αυτών των λειτουργιών , εφαρμόστε κάθε βήμα όπως χρειάζεται. Για παράδειγμα, εάν μια αντίδραση Χ πρώτα αντιστραφεί, στη συνέχεια προστεθεί σε μια άλλη αντίδραση Υ, τότε K_νέα =(1 / K_X ) x (K_Y )

Σχετικά:Ποιο είναι το πηλίκο αντίδρασης;

Το πηλίκο της αντίδρασης, Q, είναι μια πολύ παρόμοια έννοια με τη σταθερά ισορροπίας, με μία σημαντική διαφορά. Το πηλίκο της αντίδρασης είναι ένα μέτρο της έκτασης της αντίδρασης κάθε δεδομένη στιγμή , όχι μόνο σε ισορροπία. Αυτό σημαίνει ότι λαμβάνει υπόψη τις σχετικές ποσότητες (συγκεντρώσεις) αντιδρώντων και προϊόντων τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Σε αυτό το πνεύμα, Q =[C][D] / [A][B] , με τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων να αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές συγκεντρώσεις τους τη δεδομένη στιγμή.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Οξέα και βάσεις Lewis
• Πώς να υπολογίσετε το ποσοστό κατά βάρος
• Τι είναι οι δεσμοί υδρογόνου
• Τι είναι το ρυθμιστικό διάλυμα
• Το βήμα καθορισμού του ποσοστού