Από μετρήσεις πυκνότητας ατμών:σταθερά ισορροπίας
Μια κατάσταση ισορροπίας ορίζεται ως η κατάσταση ισορροπίας μεταξύ δύο χημικά αντιδρώντων ενώσεων. Η σταθερά ισορροπίας μιας αναστρέψιμης χημικής αντίδρασης περιγράφεται ως ο λόγος της συγκέντρωσης των προϊόντων προς τη συγκέντρωση των αντιδρώντων.
Ο βαθμός διάστασης σε μια αντίδραση ιονισμού ορίζεται ως το κλάσμα των γραμμομορίων ηλεκτρολυτών που διασπώνται μετά την κατάσταση ισορροπίας. Η σχέση μεταξύ της πυκνότητας ατμών και του βαθμού διάστασης μπορεί να καθοριστεί με τον υπολογισμό της μοριακής μάζας και της μοριακής πυκνότητας των ηλεκτρολυτών.
Πυκνότητα αερίου ή ατμός που σχετίζεται με υδρογόνο, οξυγόνο ή αέρα. Αν πάρουμε το υδρογόνο ως αναφορά, η τάση ατμών είναι ένα μέτρο της μάζας ενός συγκεκριμένου όγκου αερίου και του ισοδύναμου όγκου υδρογόνου υπό τις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.
Συνεχίστε να διαβάζετε για να γνωρίζετε τη σημασία των μετρήσεων πυκνότητας ατμών.
Σταθερά ισορροπίας
Ο νόμος της χημικής ισορροπίας δίνει την έκφραση για τη σταθερά ισορροπίας.
Για μια γενική χημική αντίδραση, η χημική ισορροπία δίνεται από το,
a.A + b.B ⇌ c.C + d.D,
Kc =[C]c [D] d / [A]a [B]b (Kc =Σταθερά Ισορροπίας)
Βαθμός διάσπασης
Ο βαθμός διάστασης ενός αντιδραστηρίου ηλεκτρολύτη ορίζεται ως το κλάσμα του συνολικού αριθμού γραμμομορίων του ηλεκτρολύτη που διασπάται και δίνει τα ιόντα του αφού επιτευχθεί η κατάσταση ισορροπίας. Ο βαθμός διάστασης ενός ηλεκτρολύτη αντιπροσωπεύεται από α.
Σε μια γενική χημική αντίδραση, ο βαθμός διάστασης υπολογίζεται από,
α =(συνολικά mole διασπαρμένης ουσίας) / (συνολική ποσότητα ουσίας )
Λυμένο παράδειγμα
1. Ο βαθμός διάστασης του ηλεκτρολύτη HF στο διάλυμα HF 0,04 M είναι άγνωστος.
Υπολογίστε τη συγκέντρωση όλων των ηλεκτρολυτών που υπάρχουν (H3O+, F– και HF) στο διάλυμα και την τιμή του pH. (Εδώ, σταθερά ιονισμού =3,2 × 10–4)
Λύση:
Από τη δεδομένη ερώτηση είναι πιθανές οι ακόλουθες αντιδράσεις ιονισμού,
HF + H2O ⇌ H3O+ + F– (Ka =3,2 x 10-4)
H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH– (Kw =1 x 10-4)
Από τις δύο παραπάνω αντιδράσεις, είναι σαφές ότι η πρώτη είναι η κύρια αντίδραση (Ka>> Kw ),
HF + H2O ⇌ H3O+ + F–
Αρχική συγκέντρωση
0,04 0 0
Αλλαγή συγκέντρωσης,
-0.04α +0.04α +0.04α
Συγκέντρωση σε ισορροπία,
0.04-0.04α 0.04α 0.04α
Αντικατάσταση των συγκεντρώσεων στις αντιδράσεις ισορροπίας,
Ka =(0.04)2 / (0.04-0.04α)
=0.04.α2/(1 –α) =3.2 × 10–4
Η παραπάνω έκφραση δίνει μια τετραγωνική εξίσωση,
=α2 + 0,8α x 10-2 – 0,8 x 10-2
Μετά την επίλυση της παραπάνω εξίσωσης η τιμή του α θα είναι,
α =0.08,
α =-0,09
Επειδή, η τιμή -ve δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη, α =0,08.
Επομένως, η συγκέντρωση άλλων συστατικών στην εξίσωση,
[H3O+] =[F–] =c.α =0,04 × 0,08
=3,2 x 10-3 Moles.
Και, [HF] =c.(1 – α) =0.04.(1 – 0.08)
36,8 x 10-3 κρεατοελιές.
Το pH, η τιμή δίνεται από,
pH =– log[H+] =–log(3,2 × 10–3) =2,49.
Σχέση μεταξύ πυκνότητας ατμών και βαθμού διάστασης
Σκεφτείτε μια αναστρέψιμη χημική αντίδραση,
A → y.B
Αρχικοί σπίλοι,
1 0
Σε ισορροπία,
(1-x) y.x
Εδώ, ας υποθέσουμε ότι x είναι ο βαθμός διάστασης,
Συνολικός αριθμός moles σε ισορροπία,
1-x + y.x,
1 + x.(y – 1),
Αν ο αρχικός όγκος του αντιδρώντος είναι V,
Στη συνέχεια ο όγκος σε ισορροπία,
1 + x.(y – 1).V
Η μοριακή πυκνότητα πριν από τη διάσταση δίνεται από,
D =μοριακό βάρος/ Όγκος,
=m/V
Η μοριακή πυκνότητα μετά τη διάσταση δίνεται από,
d =m/[1 + x.(y – 1).V].
D/d =1 + x (y – 1).
x =D – d/[d. (y – 1)]
Όσον αφορά τη μοριακή μάζα,
x =(M – m)/ (y- 1).m
Λυμένα παραδείγματα
1. Εξετάστε την ακόλουθη χημική αντίδραση,
N2O4 ⇌ 2.NO2
Υπολογίστε τον βαθμό διάστασης της παραπάνω εξίσωσης εάν η πυκνότητα ατμών είναι 36,5 στους 32oC.
Λύση:
Η δεδομένη αντίδραση είναι,
N2O4 ⇌ 2.NO2
Ο βαθμός διάστασης,
α =(M – m)/ (y- 1).m
m =2 x πυκνότητα ατμών
m =2 x 36,5 =73
M =M.N2O4
=92.
Εδώ, y =2
Από τον τύπο,
=(92 – 73)/(2 – 1). 73.
=0,26.
2. Εξετάστε την ακόλουθη χημική αντίδραση,
P.Cl5 ⇌ PCl3 + Cl2
Υπολογίστε τον βαθμό διάστασης της παραπάνω εξίσωσης αν η πυκνότητα ατμών είναι 30 στους 32oC και y =2.
Λύση:
Η δεδομένη αντίδραση είναι,
P.Cl5 ⇌ PCl3 + Cl2
Ο βαθμός διάστασης,
α =(M – m)/ (y- 1).m
m =2 x πυκνότητα ατμών
m =2 x 30 =60
M =M.PCl5
=1 x 30,9 + 5 x 35,45
=208,15
Εδώ, y =2
Από τον τύπο,
=(208.15 – 60)/(2 – 1). 60.
=2,47.
Συμπέρασμα
Η μέτρηση της πυκνότητας ατμών (σταθερά ισορροπίας) μπορεί να ολοκληρωθεί με τον καθορισμό μιας σχέσης μεταξύ της μοριακής πυκνότητας και του βαθμού της διάστασης των ηλεκτρολυτών σε κατάσταση ισορροπίας. Στο παραπάνω άρθρο, εξάγουμε τον τύπο του βαθμού διάστασης σε μια χημική αντίδραση που έχει φτάσει σε κατάσταση ισορροπίας.
Ο βαθμός διάστασης ορίζεται ως το κλάσμα των mol στο αντιδρών χημικής ισορροπίας. Η πυκνότητα ατμών ενός μορίου σε κατάσταση χημικής ισορροπίας δίνεται σε σχέση με τα συνολικά ιόντα υδρογόνου [Η+] στην αντίδραση. Ακολουθούν ορισμένες σημαντικές ερωτήσεις που σχετίζονται με τη μέτρηση της πυκνότητας ατμών (σταθερά ισορροπίας).
