Hvordan bestemmes ligevægtskonstanten for en reaktion?

Vendbare reaktioner forekommer i begge retninger, men enhver reversibel reaktion sætter sig ned i en "ligevægts" -position. Hvis du vil karakterisere ligevægten i en sådan reaktion, beskriver ligevægtskonstanten balancen mellem produkterne og reaktanterne. Beregning af ligevægtskonstanten kræver kendskab til koncentrationerne af produkterne og reaktanterne i reaktionen, når de er i ligevægt. Værdien af konstanten afhænger også af temperaturen og om reaktionen er eksoterm eller endoterm.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Til den generiske reaktion:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

Her er de små bogstaver antallet af mol af hver, de store bogstaver står i for de kemiske komponenter i reaktionen og bogstaverne i parentes repræsenterer stofets tilstand. Du finder ligevægtskonstanten i koncentrationen med udtrykket:

K _{c \u003d [G] ^{g [H] h ÷ [A] a [B] b}}

Ved eksoterme reaktioner reducerer temperaturen ved at forøge temperaturen værdien af konstanten, og for endotermiske reaktioner øger temperaturen værdien af konstanten.
Beregning af ligevægtskonstanten

Formlen for ligevægtskonstanten henviser til en generisk "homogen" reaktion (hvor stoftilstandene for produkterne og reaktanterne er de samme), som er:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

Hvor små bogstaver repræsenterer antallet af mol af hver komponent i reaktionen, og store bogstaver står i de kemikalier, der er involveret i reaktionen, og bogstavet ( g) i parentes repræsenterer stofets tilstand (gas, i dette tilfælde).

Følgende udtryk definerer ligevægtskonstanten for koncentration (K _c):

K _{c \u003d [G] ^{g [H] h ÷ [A] a [B] b}}

Her er de firkantede parenteser for koncentrationerne (i mol pr. liter) for hver af reaktionens komponenter, i ligevægt. Bemærk, at molerne af hver komponent i den oprindelige reaktion nu er eksponenter i udtrykket. Hvis reaktionen favoriserer produkterne, vil resultatet være større end 1. Hvis det favoriserer reaktanterne, vil det være mindre end 1.

For inhomogene reaktioner er beregningerne de samme, undtagen faste stoffer, rene væsker og opløsningsmidler tælles alle simpelthen som 1 i beregningerne.

Ligevægtskonstanten for tryk (K _{p) er virkelig den samme, men den bruges til reaktioner, der involverer gasser. I stedet for koncentrationer bruger den delvise tryk for hver komponent:}

K _{p \u003d p G ^{gp H h ÷ p A ap B b}}

Her (p _{G) er trykket på komponent (G) og så videre, og de små bogstaver repræsenterer antallet af mol i ligningen for reaktionen.}

Du udfører disse beregninger på en ganske lignende måde, men det afhænger af, hvor meget du ved om mængder eller tryk på produkterne og reaktanterne i ligevægt. Du kan bestemme konstanten ved hjælp af kendte begyndelsesmængder og en ligevægtsmængde med en smule algebra, men generelt er det mere ligetil med kendte ligevægtskoncentrationer eller -tryk.
Hvordan temperatur påvirker ligevægtskonstanten

Ændring af trykket eller koncentrationerne af de ting, der er til stede i blandingen, ændrer ikke ligevægtskonstanten, skønt begge disse kan påvirke ligevægtspositionen. Disse ændringer har tendens til at fortryde effekten af den ændring, du har foretaget.

På den anden side ændrer temperaturen ligevægtskonstanten. Ved en eksoterm reaktion (dem, der frigiver varme), reducerer temperaturen ved at øge temperaturen værdien af ligevægtskonstanten. Ved endotermiske reaktioner, der optager varme, øger temperaturen værdien af ligevægtskonstanten. Det specifikke forhold er beskrevet i van't Hoff-ligningen:

ln (K _{2 ÷ K 1) \u003d (−∆H ^{0 ÷ R) × ( 1 /T 2 - 1 /T 1)}}

Hvor (∆H ^{0) er ændringen i entalpi af reaktionen, (R) er den universelle gas konstant, (T _{1) og (T 2) er start- og sluttemperaturerne, og (K 1) og (K 2) er start- og slutværdierne for konstanten.}}