Wprowadzenie do chemii

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:

  1. Jeśli Q = Keq, reakcja jest w równowadze.
  2. Jeśli Q < Keq, reakcja przesunie się w prawo (w kierunku do przodu), aby osiągnąć równowagę.
  3. Jeśli Q > Keq, reakcja przesunie się w lewo (w kierunku odwrotnym), aby osiągnąć równowagę.
Dążenie do równowagiKulka w stanie początkowym wskazuje na reakcję, w której Q < K; aby osiągnąć warunki równowagi, reakcja postępuje do przodu.

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.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *