Σημασία των Kp και Kc στη Χημική Ισορροπία

Οι Kp και Kc είναι σταθερές ισορροπίας για ιδανικά μείγματα αερίων υπό αναστρέψιμες διεργασίες και ορίζονται ως εξής:Η Kp είναι μια σταθερά ισορροπίας που γράφεται σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση, ενώ η Kc είναι μια σταθερά ισορροπίας γραμμένη σε σχέση με συγκεντρώσεις εκφρασμένες σε μοριακότητα. Η σχέση Kp-Kc μπορεί να εξαχθεί αν καταλάβουμε πρώτα τι είναι τα Kp και Kc:

Θεωρήστε την ακόλουθη εξίσωση για τη γενική ισορροπία:

A + B ⇌ C + D

Σύμφωνα με το νόμο της μαζικής δράσης,

Ο ρυθμός με τον οποίο αντιδρά το Α συμβολίζεται με το γράμμα A.

Ο ρυθμός με τον οποίο αντιδρά το Β συμβολίζεται με το γράμμα B.

∴ Ο ρυθμός με τον οποίο αντιδρούν τα Α και Β μαζί ∝AB

Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης είναι ίσος με kf[A][B].

Όσον αφορά την προς τα εμπρός αντίδραση, το kf υποδηλώνει τη σταθερά της ταχύτητας.

Τώρα, ο ρυθμός με τον οποίο το C και το D αντιδρούν μαζί ∝CD

Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός αντίδρασης προς τα πίσω είναι ίσος με kb[C][D].

Για την αντίστροφη αντίδραση, kb είναι η σταθερά ταχύτητας (σταθερά ταχύτητας).

Ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης ισούται με τον ρυθμό της προς τα πίσω αντίδρασης όταν το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία.

kf[A][B] =kb[C][D]

[C][D]/[A][B]=kf/kb

Σε σταθερή θερμοκρασία, τόσο το kf όσο και το kb είναι σταθερά. ως αποτέλεσμα, το kf/kb=K είναι σταθερό σε σταθερή θερμοκρασία καθώς και σε σταθερή θερμοκρασία.

Σε αυτήν την περίπτωση, το K αναφέρεται ως η σταθερά ισορροπίας.

Σταθερά ισορροπίας Kc

Εξετάστε το ακόλουθο παράδειγμα μιας γενικής αναστρέψιμης αντίδρασης:

aA + bB ⇌ uU + vV

Εφαρμογή του νόμου της δράσης μάζας σε αυτήν την περίπτωση:[U]u[V]v/[A]a[B]b=K ή Kc

Όταν πρόκειται για την έκφραση των συγκεντρώσεων, το γράμμα k γράφεται ως kc.

Ο νόμος της χημικής ισορροπίας είναι μια μαθηματική έκφραση που εκφράζει αυτή τη μαθηματική έκφραση.

Ορισμός σταθεράς ισορροπίας

Μια σταθερά ισορροπίας σταθερής κατάστασης σε σταθερή θερμοκρασία είναι το γινόμενο των μοριακών συγκεντρώσεων των προϊόντων, το καθένα ανυψωμένο στην ισχύ ίση με τον στοιχειομετρικό του συντελεστή και το γινόμενο των μοριακών συγκεντρώσεων των αντιδρώντων, το καθένα αυξημένο σε ισχύ ίση με ο στοιχειομετρικός τους συντελεστής.

Ξέρετε πώς να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας kp για μια διαδικασία όπως αυτή;

Ας δούμε πώς να λάβουμε τον τύπο σταθεράς ισορροπίας για διεργασίες αέριας φάσης, ο οποίος είναι:

Η σταθερά ισορροπίας kp για την αντίδραση

Όταν τόσο τα αντιδρώντα όσο και τα προϊόντα βρίσκονται σε αέρια μορφή, η σταθερά ισορροπίας μπορεί να εκφραστεί σε όρους συγκέντρωσης σε mol ανά λίτρο ή μερικές πιέσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων, ανάλογα με την κατάσταση.

Παραγωγή:

Η ακόλουθη απλή εξαγωγή αποκαλύπτει τη σχέση μεταξύ Kp και Kc:Εξετάστε την αναστρέψιμη διαδικασία που περιγράφεται παρακάτω για να λάβετε τη σχέση μεταξύ Kp και Kc:

Όταν «a» mol του αντιδραστηρίου Α αντιδράσει με το «b» mol του αντιδραστηρίου Β, σχηματίζονται «c» mol του προϊόντος C και «d» mol του προϊόντος D, η αντίδραση λέγεται ότι έχει ολοκληρωθεί.

aA + bB ⇌ cC + dD

Όταν τα Α και Β είναι τα αντιδρώντα, οι στοιχειομετρικοί συντελεστές των C και D χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του ρυθμού αντίδρασης.

Τι ακριβώς είναι το kc;

Το Kc είναι η σταθερά ισορροπίας για μια αναστρέψιμη αντίδραση και μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

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

C είναι η μοριακή συγκέντρωση του γινομένου «C» στην εξίσωση

D – Η μοριακή συγκέντρωση του προϊόντος «D» στο δείγμα.

Α είναι η μοριακή συγκέντρωση του αντιδρώντος «Α» στο διάλυμα.

B – Η μοριακή συγκέντρωση του αντιδρώντος «Β» στο διάλυμα

Σχέση μεταξύ Kp και Kc

Εξετάστε την εξίσωση ιδανικού αερίου, PV =nRT, για να αναπτύξετε μια σχέση μεταξύ Kp και Kc.

Όπου P υποδηλώνει την πίεση του ιδανικού αερίου.

Το V αντιπροσωπεύει τον όγκο του ιδανικού αερίου.

n είναι ο αριθμός των moles, ενώ R είναι η καθολική σταθερά αερίου.

T – Θερμοκρασία Όταν η προηγούμενη εξίσωση αντικατασταθεί με το P, το αποτέλεσμα είναι

P =nRT/V

Λόγω της γνώσης μας για τη σχέση μεταξύ του αριθμού των μορίων ανά μονάδα όγκου και της μοριακής συγκέντρωσης του υλικού, μπορούμε να εκφράσουμε την εξίσωση πίεσης ως:P =μοριακή συγκέντρωση RT.

Εξετάστε το ακόλουθο παράδειγμα μιας γενικής αντιστρεπτής εξίσωσης αντίδρασης:

aA + bB ⇌ cC + dD

Αντικατάσταση των τιμών που φαίνονται παραπάνω στην εξίσωση και απλοποίηση:

kp=CcDd.RTc+d/AaBbRTa+b

kp=kc∗RT(c+d)-(a+b)

Ως αποτέλεσμα της εξ. Where,

c + d – Αριθμός γραμμομορίων προϊόντος =np

a + b – Αριθμός γραμμομορίων αντιδραστηρίου =nr

Επομένως,

(c + d) – (a + b) =np – nr =Δng

Ως αποτέλεσμα, έχουμε μια σχέση μεταξύ Kp και Kc.

Kp =Kc (RT)∆ng

Πού,

∆ng=Η μεταβολή στον αριθμό των αέριων γραμμομορίων προϊόντος και αντιδραστηρίου.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Έχει ήδη αποδειχθεί παραπάνω ότι η ποσότητα της θερμότητας που παρέχεται σε σταθερή πίεση χρησιμοποιείται με δύο τρόπους:για την αύξηση της εσωτερικής ενέργειας (και συνεπώς της θερμοκρασίας, θυμηθείτε ότι η εσωτερική ενέργεια είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας). και να κάνει δουλειά. Η ποσότητα θερμότητας που δίνεται σε σταθερό όγκο, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιείται αποκλειστικά για τον σκοπό της αύξησης της εσωτερικής ενέργειας. Εξαιτίας αυτού, απαιτείται περισσότερη θερμότητα σε σταθερή πίεση για να αυξηθεί η θερμοκρασία κατά ένα συντελεστή.

Η εσωτερική ενέργεια ενός αερίου είναι ακριβώς ανάλογη με τη θερμοκρασία του αερίου στο οποίο υπάρχει. Σε τεχνικούς όρους, είναι ο αριθμός των ανεξάρτητων τρόπων με τους οποίους ένα μόριο αερίου μπορεί να κινηθεί στο διάστημα κατά μήκος τριών αξόνων (x,y και z), και αυτό αναφέρεται ως βαθμοί ελευθερίας [DOF] ενός αερίου. Καθώς ο αριθμός των ατόμων σε ένα μόριο αυξάνεται, η ελευθερία των ατόμων να κινούνται σε πρόσθετους τρόπους, όπως δονητικούς και περιστροφικούς τρόπους, εκτός από τη γραμμική μεταφορική κίνηση, αυξάνεται επίσης. Προς αποφυγή αμφιβολιών, τα μονοατομικά αέρια έχουν DOF 3, τα διατομικά αέρια έχουν DOF 5 και τα τριατομικά αέρια έχουν DOF 6.

Κάθε βαθμός ελευθερίας προσθέτει 1/2 kT ανά άτομο στη συνολική εσωτερική ενέργεια του ατόμου.

Η συνολική εσωτερική ενέργεια U των μονοατομικών ιδανικών αερίων με άτομα Ν δίνεται ως U=3/2NkT για ιδανικά αέρια με άτομα Ν. Στην περίπτωση των διατομικών αερίων, U=5/2NkT, όπου k είναι η σταθερά Boltzmann.

Y [Γάμμα] =1 + 2/[DOF] 

Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος πεδίου (DOF), τόσο μικρότερος είναι ο λόγος Cp/Cv =Γάμμα.

Οι λόγοι Cp/Cv για μονοατομικά, διατομικά και τριατομικά άτομα είναι 1,67, 1,4 και 1,33, αντίστοιχα, για τους τρεις τύπους ατόμων.