Cel nauczania
- Obliczyć iloraz reakcji, Q, i wykorzystać go do przewidywania, czy reakcja będzie przebiegać w kierunku postępującym czy odwrotnym
Kluczowe wskazówki
- Tak jak stała równowagi, Keq, iloraz reakcji jest funkcją aktywności i/lub stężenia reagentów i produktów.
- Iloczynu reakcji można użyć do określenia, w którym kierunku będzie przebiegać reakcja. Jeśli Q = Keq, reakcja jest w równowadze. Jeśli Q < Keq, reakcja będzie zmierzać w kierunku produktów, aby osiągnąć równowagę. Jeśli Q > Keq, reakcja będzie się przesuwać w kierunku reaktantów, aby osiągnąć równowagę.
- W miarę postępu reakcji zmieniają się stężenia gatunków, a więc i iloraz reakcji. W końcu stężenia stają się stałe; w tym momencie reakcja znajduje się w stanie równowagi.
Terminy
- cytrynant reakcjiMiara aktywności lub stężeń gatunków chemicznych biorących udział w reakcji chemicznej w danym punkcie w czasie.
- stała równowagiWartość liczbowa wynikająca ze stosunku stężeń produktów i reagentów w stanie równowagi.
- równowagaStan reakcji, w którym szybkość reakcji postępującej i odwrotnej jest taka sama.
Kwantor reakcji, Q, jest miarą względnych ilości reagentów i produktów podczas reakcji chemicznej w danym momencie. Porównując wartość Q ze stałą równowagi, Keq, dla danej reakcji, możemy określić, czy reakcja forward czy reverse będzie faworyzowana. Weźmy następujące równanie ogólne:
aA + bB cC + dD
Równowaga reakcji, Q, przyjmuje następującą postać:
Q = ^frac{^{c}^{d}}{^{a}^{b}}
Zauważmy, że iloraz reakcji przyjmuje dokładnie taką samą postać jak stała równowagi i jest funkcją stężeń i/lub aktywności reagentów i produktów. Różnica polega na tym, że Q ma zastosowanie, gdy reakcja przebiega w warunkach nierównowagowych, a zatem jego wartość może się zmieniać. Podobnie jak w przypadku stałej równowagi, iloraz reakcji może być funkcją aktywności lub stężenia.
Iloraz reakcji można wykorzystać do określenia, czy reakcja w określonych warunkach będzie przebiegać samorzutnie w kierunku postępującym, czy w kierunku odwrotnym. Trzy właściwości mogą być wyprowadzone z tej definicji ilorazu reakcji:
- Jeśli Q = Keq, reakcja jest w równowadze.
- Jeśli Q < Keq, reakcja przesunie się w prawo (w kierunku do przodu), aby osiągnąć równowagę.
- Jeśli Q > Keq, reakcja przesunie się w lewo (w kierunku odwrotnym), aby osiągnąć równowagę.
W miarę postępu reakcji, zakładając, że nie istnieje bariera energetyczna, stężenia gatunków, a więc i iloraz reakcji, zmieniają się. W końcu stężenia stają się stałe; w tym momencie reakcja znajduje się w stanie równowagi. Stałą równowagi, Keq, można wyrazić w następujący sposób:
{K}_{eq}= stężenie stałe}{Q(t)}
Z wyrażenia tego wynika, że Q w końcu stanie się równe Keq, biorąc pod uwagę nieskończoną ilość czasu. Jednak większość reakcji osiąga równowagę w skończonym czasie.