Hvordan bestemmes ligevægtskonstanten for en reaktion?

Ligevægtskonstanten (K) af en reaktion bestemmes af forholdet mellem produkter og reaktanter i ligevægt. Det fortæller os, i hvilket omfang en reaktion fortsætter til færdiggørelse. Sådan bestemmes det:

1. Forståelse af ligevægt:

* ligevægt er en tilstand, hvor hastighederne for de fremadgående og omvendte reaktioner er ens, og nettoændringen i koncentrationer af reaktanter og produkter er nul.

* Ved ligevægt er systemet i en tilstand af dynamisk balance, hvor både fremadgående og omvendte reaktioner fortsætter, men til lige store hastigheder.

2. Ligevægtskonstanten (K):

* for en generel reversibel reaktion: AA + BB ⇌ CC + DD

* ligevægtskonstanten (K) er defineret som:

K =([c]^c * [d]^d) / ([a]^a * [b]^b)

* Hvor:

* [A], [B], [C] og [D] er ligevægtskoncentrationerne af reaktanterne og produkterne.

* A, B, C og D er de støkiometriske koefficienter fra den afbalancerede kemiske ligning.

3. Bestemmelse af k:

* eksperimentelt:

* Mål ligevægtskoncentrationerne for alle reaktanter og produkter. Dette kan gøres ved hjælp af forskellige analytiske teknikker, såsom spektrofotometri, titrering eller kromatografi.

* Udskift de målte koncentrationer i ligevægtskonstant udtryk.

* fra termodynamiske data:

* Brug af Gibbs Free Energy Change (ΔG °) af reaktionen:

* ΔG ° =-rtlnk

* Hvor:

* R er den ideelle gaskonstant

* T er temperaturen i Kelvin

* Beregn k ved hjælp af ligningen ovenfor.

4. Fortolkning af K:

* k> 1: Produkter foretrækkes i ligevægt, og reaktionen fortsætter stort set til færdiggørelse.

* k <1: Reaktanter foretrækkes i ligevægt, og reaktionen fortsætter ikke meget til færdiggørelse.

* k =1: Reaktionen er i ligevægt med lige store mængder reaktanter og produkter.

Vigtige punkter:

* Temperaturafhængighed: Ligevægtskonstanten er temperaturafhængig. En ændring i temperaturen vil skifte ligevægtsposition og ændre værdien af ​​K.

* enheder: Ligevægtskonstanten er en dimensionløs mængde, hvilket betyder, at den ikke har nogen enheder.

* heterogene ligevægte: For reaktioner, der involverer faste stoffer og/eller væsker, inkluderer ligevægtskonstanten ikke koncentrationerne af faste stoffer eller rene væsker, da deres koncentrationer forbliver relativt konstante.

Ved at forstå begrebet ligevægt og ligevægtskonstanten kan vi forudsige retningen og omfanget af en reaktion, som er afgørende inden for forskellige områder som kemi, biokemi og kemiteknik.