Μονάδες σταθεράς ισορροπίας

Η σταθερά ισορροπίας μιας χημικής αντίδρασης εξηγεί τη σχέση μεταξύ των προϊόντων και των αντιδρώντων όταν μια χημική αντίδραση φτάσει σε ισορροπία.

Σε μια ισορροπημένη χημική εξίσωση, η σταθερά ισορροπίας ορίζεται ως ο λόγος του γινομένου των μοριακών συγκεντρώσεων των προϊόντων προς το γινόμενο των μοριακών συγκεντρώσεων των αντιδρώντων. Κάθε όρος συγκέντρωσης πρέπει να αυξηθεί σε εκθετική ισχύ ίση με τον στοιχειομετρικό συντελεστή

Ποια είναι η σταθερά ισορροπίας kp σε μια χημική αντίδραση;

Εάν τόσο τα αντιδρώντα όσο και τα προϊόντα βρίσκονται σε αέρια κατάσταση, η σταθερά ισορροπίας εκφράζεται σε μερική πίεση των αντιδρώντων και των προϊόντων.

Η σταθερά ισορροπίας kp προσδιορίζεται από την ατμοσφαιρική πίεση και εκφράζεται με την έκφραση:

qQ+ rR ⇌ sS+ tT

Ο τύπος για τη σταθερά ισορροπίας θα ήταν:

Οι μονάδες μερικής πίεσης είναι:

Atm
Μπάρα
Πασκάλ

Τι είναι το kc;

Το Kc αντιπροσωπεύει τη σταθερά ισορροπίας σε μια αναστρέψιμη αντίδραση.

Πού:

Το [S] είναι η μοριακή συγκέντρωση του προϊόντος

[T] – T είναι η μοριακή συγκέντρωση του προϊόντος

[Q] – Q είναι η μοριακή συγκέντρωση του αντιδρώντος

[R]– R είναι η μοριακή συγκέντρωση του αντιδρώντος

Σχέση μεταξύ Kp και Kc

Οι σταθερές ισορροπίας των αέριων μιγμάτων είναι Kp και Kc. Οι σταθερές ισορροπίας δεν περιλαμβάνουν τις συγκεντρώσεις μεμονωμένων συστατικών, όπως υγρών και στερεών, και δεν έχουν καμία μονάδα.

Εξετάστε την ακόλουθη αναστρέψιμη αντίδραση:

qQ + rR ⇌ sS + tT

Η σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης, εκφρασμένη σε συγκέντρωση (mol/litre), μπορεί να εκφραστεί ως:

Εάν η ισορροπία περιλαμβάνει αέρια είδη, οι συγκεντρώσεις μπορούν να εκφραστούν σε μερικές πιέσεις της αέριας ουσίας. Η σταθερά ισορροπίας ως προς τις μερικές πιέσεις μπορεί να δοθεί ως:

Όπου τα pQ, pR, pS και pT αντιπροσωπεύουν τις μερικές πιέσεις της ουσίας Q R, S και T αντίστοιχα. Εάν τα αέρια θεωρούνται ιδανικά, τότε σύμφωνα με την εξίσωση ιδανικού αερίου:

PV =nRT

p =nRT / V

Όπου p είναι η πίεση σε Pa

n είναι η ποσότητα αερίου σε mol

Το V είναι Όγκος σε κυβικά μέτρα

T είναι η θερμοκρασία σε Kelvin

n/V =συγκέντρωση, C

p =CRT ή [gas] RT

Εάν το C είναι σε mol dm-3 και το p είναι σε bar, τότε R =0,0831 bar dm3 mol-1 K-1.

Ας υποθέσουμε μια γενική αντίδραση:

qQ + rR↔ sS + tT

Η σταθερά ισορροπίας θα δοθεί ως:

Τώρα, p =CRT

Ως εκ τούτου,

pQ=[Q] RT

Όπου [Q] είναι η μοριακή συγκέντρωση του αντιδρώντος Q

Ομοίως,

PR=[R] RT

PS=[S] RT

PT =[T] RT

Όπου [R], [S] και [T] είναι η μοριακή συγκέντρωση των R, S και T, αντίστοιχα.

Αντικατάσταση αυτών των τιμών στην έκφραση για Kp, δηλ. στην εξίσωση (1).

Kp =[([S] RT) s ([T] RT) t]/[([Q] RT) q ([R] RT) r]

=[S] s[T] t (RT) s+t/[Q] q [R] r (RT) q+r

=[S] s [T] t (RT) s+t – q+r/[Q] q [R] r

=Kc (RT) s+t-q+r

=Kc (RT) ∆n

Τα Kp και kc θα αλλάξουν ανάλογα με τον αριθμό των γραμμομορίων μορίων αερίου. Αυτό μπορεί να φανεί δίνοντας διάφορες περιπτώσεις.

Περίπτωση 1:

Αν Δng =0, όταν η μεταβολή στον αριθμό των μορίων μορίων αερίου στην εξίσωση είναι μηδέν.

Τότε Kp =Kc

Περίπτωση 2:

Όταν ο αριθμός των γραμμομορίων μορίων αερίου αυξάνεται, δηλ. εάν δέλτα ng> 0, τότε Kp> Kc

Περίπτωση 3:

Όταν ο αριθμός των μορίων μορίων αερίου μειώνεται, δηλ. εάν Δng <0, τότε

Μονάδες σταθεράς ισορροπίας για kp και kc

Για τη γενική αντίδραση:qQ+ rR ⇌ sS + tT

Kc =(MolL-1)(s+t) \(MolL-1)(q+r) =(MolL-1)(s+t)-(q+r) =[Mole L-1]△n

Επομένως η μονάδα για Kc=[Mole L-1]△n

Kp=(atm)(c+d) \(atm)(a+b) =(atm ή bar)(c+d)-(a+b) ή (atm ή bar)n

Επομένως, η μονάδα για Kp=atm ή bar.

Ερωτήσεις σχετικά με τη μονάδα της σταθεράς ισορροπίας

Παράδειγμα 1:

Για την αντίδραση:

N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g)

Η συγκέντρωση του μίγματος ισορροπίας στους 293 K N2O4 είναι 5 x 10-8mol/L και του NO2 είναι 2 x 10-6mol/L. Βρείτε την τιμή της σταθεράς ισορροπίας.

Εφαρμόζοντας τον τύπο:k =[NO]2\[N2O4]

Λαμβάνοντας τις συγκεντρώσεις σε σχέση με τη συγκέντρωση τυπικής κατάστασης 1 mol/L:

Κ=8×10-5

Παράδειγμα 2:

Για την αντίδραση:

N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2 NH3(g)

Αν pN2 =0,30 atm, pH2 =0,20 atm και pNH3 =0,40 atm, τότε ποια είναι η τιμή του Kp;

Χρησιμοποιώντας τον τύπο:Kp =p[NH3]2\p[N2].p[H2]3

Kp=13,3 atm

Συμπέρασμα

Η σταθερά ισορροπίας έχει διάφορες εφαρμογές, οι οποίες περιλαμβάνουν πρόβλεψη της έκτασης και της κατεύθυνσης των αντιδράσεων. Βοηθά επίσης στον υπολογισμό της συγκέντρωσης ισορροπίας.

Η σχέση μεταξύ του Kpand Kc είναι Kc(RT) ∆n. Η σχέση λειτουργεί σε τρεις κύριες περιπτώσεις, όταν ο αριθμός των mol του αντιδρώντος και των προϊόντων είναι είτε ίσος, θετικός ή αρνητικός. Η μονάδα σταθεράς ισορροπίας καθορίζει εάν η αντίδραση θα κινηθεί προς τα εμπρός ή προς τα πίσω ανάλογα με τον αριθμό των γραμμομορίων ή τη μερική πίεση των δεδομένων προϊόντων και αντιδραστηρίων.