የሚዛን ቋሚዎች፦ Kን መጻፍ፣ Qን ማንበብና Kcን ወደ Kp መቀየር

ተለዋዋጭ ሚዛን፦ ወደፊትና ተገላቢጦሽ በእኩል ፍጥነት

በሚቀለበስ ምላሽ ውስጥ ምርቶች ምላሽ ሰጥተው ምላሽ ሰጪዎችን እንደገና ሊፈጥሩ ይችላሉ። የወደፊቱ ምላሽ ምላሽ ሰጪዎችን ሲፈጅ ይቀንሳል፤ ምርቶች ሲከማቹ ደግሞ ተገላቢጦሹ ምላሽ ይፈጥናል። ሚዛን የሚደረሰው ሁለቱ ፍጥነቶች እኩል ሲሆኑ ነው። ከዚያ በኋላ ሁለቱም ምላሾች ቢቀጥሉም ክምችቶቹ ቋሚ ሆነው ይቆያሉ። ኬሚስቶች ተለዋዋጭ ሚዛን ብለው የሚጠሩትና በድርብ ቀስት፣ ⇌፣ የሚጽፉት ለዚህ ነው።

ተመሳሳዩ የሚዛን ስብጥር ከሁለቱም አቅጣጫ ሊደረስበት ይችላል። በንጹህ NO₂ የሚጀምር የታሸገ ብልቃጥና በእኩል መጠን ንጹህ N₂O₄ የሚጀምር ተመሳሳይ ይዘት ያለው ሌላ ብልቃጥ በአንድ የሙቀት መጠን ሲቆዩ በአንድ ዓይነት ቅይጥ ይጨርሳሉ። ሚዛን የሚደረሰው በዝግ ሲስተም ውስጥ ብቻ ነው፤ CO₂ ከክፍት መያዣ እንደሚያመልጠው አንድ ምርት ካመለጠ ምላሹ ፈጽሞ አይረጋጋም።

የK መግለጫን ከተመጣጠነ እኩልታ መገንባት

ለአጠቃላይ ምላሽ aA + bB ⇌ cC + dD፣ የክብደት ተግባር ሕግ የሚዛን ቋሚውን በሞላር ክምችቶች ይሰጣል፦ Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ)። ምርቶች ከላይ፣ ምላሽ ሰጪዎች ከታች ይቀመጣሉ፤ እያንዳንዱ ክምችትም በብዜት ቁጥሩ ኃይል ይነሳል። ከፍጥነት ሕግ በተለየ ይህ መግለጫ በቀጥታ ከተመጣጠነው እኩልታ ይመጣል።

ምላሹ ሲካሄድ ውጤታማ ክምችታቸው ስለማይለወጥ ንጹህ ጠጣሮችና ንጹህ ፈሳሾች አይካተቱም። ውሃም በቀጠነ የውሃ ውስጥ መፍትሔ ውስጥ አሟሚ ሲሆን አይካተትም። ለምሳሌ፣ የCaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) መበስበስ Kc = [CO₂] አለው። በአንድ የተወሰነ የሙቀት መጠን፣ የሁለቱ ጠጣሮች መጠን ምንም ቢሆን፣ ከጠጣሮቹ በላይ ያለው የCO₂ የሚዛን ግፊት ቋሚ ነው።

በጥብቅ አነጋገር የሚዛን ቋሚ የሚገነባው አሃድ ከሌላቸው አክቲቪቲዎች ነው፤ ስለዚህ K ያለ አሃድ ይገለጻል። በአጠቃላይ ኬሚስትሪ በmol/L የሚገለጹ ክምችቶችን ወይም በatm ወይም በbar የሚገለጹ ግፊቶችን መጠቀም የተለመደው ግምት ነው።

የKን መጠን ማንበብ

ትልቅ K በሚዛን ላይ ምርቶች እንደሚበዙ ያሳያል፤ ትንሽ K ደግሞ ምላሽ ሰጪዎች እንደሚበዙ ያሳያል። እንደ ግምታዊ መመሪያ፣ ከ10³ ገደማ የሚበልጥ K ምላሹ ወደ መጠናቀቅ እንደቀረበ፣ ከ10⁻³ ገደማ የሚያንስ K ጥቂት ምርት ብቻ እንደሚፈጠር ያሳያል፤ በመካከል ያሉ እሴቶች ደግሞ የሁለቱም ጉልህ መጠን ያለበት ቅይጥ ይሰጣሉ።

OpenStax ክፍል 13.4 ለN₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) በ2000 °C Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ይሰጣል። በዚያ የሙቀት መጠን እንኳ አየር በሚዛን ላይ የሚይዘው NO ጥቂት ብቻ ነው። በክፍል ሙቀት ቋሚው ከዚህም እጅግ ያንሳል፤ ናይትሮጂንና ኦክስጅን በከባቢ አየር ውስጥ አብረው የሚኖሩትም ለዚህ ነው።

K ስለ ፍጥነት ምንም አይናገርም። እጅግ ትልቅ K ያለው ምላሽም ለመታየት በጣም ቀርፋፋ ሊሆን ይችላል። ሚዛን ምን ያህል በፍጥነት እንደሚደረስ የሚወስነው ኪነቲክስ እንጂ የሚዛን ቋሚው አይደለም።

የተሠራ ምሳሌ፦ ለናይትሮጂን ዳይኦክሳይድና ለዳይናይትሮጂን ቴትሮክሳይድ Kc እና Kp

ጋዞችን ለሚያካትቱ ምላሾች የሚዛን ቋሚው በከፊል ግፊቶችም ሊጻፍ ይችላል፤ ይህም Kpን ይሰጣል። ሁለቱ በKp = Kc(RT)^Δn ይዛመዳሉ፤ ይህም Kc በRT በΔn ኃይል የተነሳ ሲባዛ ማለት ነው፤ እዚህ Δn የጋዝ ምርቶች ሞሎች ሲቀነስ የጋዝ ምላሽ ሰጪዎች ሞሎች ነው፤ ግፊቶች በatm ሲሆኑ R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹ ነው፤ T ደግሞ በኬልቪን ነው። Δn = 0 ሲሆን Kp ከKc ጋር እኩል ነው።

OpenStax ክፍል 13.2 በ25 °C በ1.0 L ብልቃጥ ውስጥ የተቀመጠ 0.10 mol NO₂ ይገልጻል፤ ይህም [NO₂] = 0.016 mol/L እና [N₂O₄] = 0.042 mol/L ሆኖ ሚዛን ላይ ይደርሳል። ለፍተሻ፣ 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L ስለሆነ ሁሉም ናይትሮጂን ተቆጥሯል። ለN₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g)፣ Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³፣ በሁለት ጉልህ አሃዞች።

እዚህ Δn = 2 − 1 = 1 ሲሆን RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47 ነው። ስለዚህ Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15፣ ግፊቶች በatm ሲሆኑ። Δn አዎንታዊ ስለሆነና RT ከ1 ስለሚበልጥ እሴቱ ከKc ይበልጣል።

እኩልታውን መለወጥ Kን ይለውጣል

K የሚገነባው ከተመጣጠነው እኩልታ ስለሆነ በእኩልታው ላይ የሚደረግ ማንኛውም ለውጥ Kን ሊተነበይ በሚችል መንገድ ይለውጣል። እነዚህ ደንቦች በሄስ ሕግ ውስጥ ΔHን ለመቆጣጠር የሚያገለግሉ ደንቦች የሚዛን አቻዎች ናቸው፤ በመደመር ፈንታ ማባዛት ይጠቀማሉ።

የተሠራ ምሳሌ። ከN₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g)፣ Kc = 4.1 × 10⁻⁴ በ2000 °C ይጀምሩ። መገልበጥ 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g)ን ከKc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ ጋር ይሰጣል። የወደፊቱን እኩልታ በግማሽ መቀነስ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g)ን ከKc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² ጋር ይሰጣል። ሁለቱንም ሲያደርጉ NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49 አለው።

• እኩልታውን ይገልብጡ፦ አዲሱ K 1/K ነው።
• እያንዳንዱን ብዜት ቁጥር በn ያባዙ፦ አዲሱ K Kⁿ ነው። እኩልታውን በግማሽ መቀነስ ካሬ ሥሩን ይወስዳል።
• ሁለት እኩልታዎችን ይደምሩ፦ የK እሴቶቻቸውን ያባዙ። ሁለቱም የK እሴቶች ለአንድ የሙቀት መጠን መሆን አለባቸው።

አቅጣጫን ለመተንበይ Qን ከK ጋር ማወዳደር

የምላሽ ጥቅስ Q ከK ጋር ትክክለኛ ተመሳሳይ ቅርፅ አለው፤ ነገር ግን በሚዛን ላይ ብቻ ሳይሆን በማንኛውም ቅጽበት ያሉትን ክምችቶች ይጠቀማል። Qን ከK ጋር ማወዳደር ምላሹ ወደ የትኛው አቅጣጫ መሄድ እንዳለበት ይነግርዎታል። Q < K ከሆነ ምርቱ በጣም ትንሽ ነው፤ ምላሹም ወደፊት ይካሄዳል። Q > K ከሆነ ምርቱ በጣም ብዙ ነው፤ ምላሹም ወደ ተገላቢጦሽ ይካሄዳል። Q = K ከሆነ ሲስተሙ በሚዛን ላይ ነው።

የተሠራ ምሳሌ። OpenStax ክፍል 13.2 ለCO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) በ800 °C Kc = 0.640 ይሰጣል። አንድ ቅይጥ [CO] = 0.0500፣ [H₂O] = 0.0400፣ [CO₂] = 0.0300 እና [H₂] = 0.0600 mol/L ይዟል። Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900። Q ከK ይበልጣል፤ ስለዚህ ቅይጡ ወደ CO እና H₂O ይዞራል።

ሁለተኛ ቅይጥ ተመሳሳይ CO እና H₂O አለው፤ ነገር ግን [CO₂] = 0.0200 እና [H₂] = 0.0250 mol/L ነው። አሁን Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250 ሲሆን ይህም ከ0.640 ያንሳል፤ ስለዚህ ይህ ቅይጥ ወደፊት ምላሽ ይሰጣል፤ ተጨማሪ CO₂ እና H₂ም ያመርታል።

የተሠራ ምሳሌ፦ Kን ከተለካ የሚዛን ቅይጥ ማግኘት

የተመጣጠነው እኩልታ እያንዳንዱ ሌላ መጠን እንዴት እንደተለወጠ ስለሚወስን አንድን የሚዛን መጠን መለካት ብዙውን ጊዜ Kን ለማግኘት በቂ ነው። እዚህ ያለው መረጃ ለማሳያ ነው። በአንድ ቋሚ የሙቀት መጠን 0.500 mol PCl₅ በባዶ 2.00 L ብልቃጥ ውስጥ ይታሸግና PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) ላይ እንዲደርስ ይተዋል። በሚዛን ላይ ብልቃጡ 0.180 mol Cl₂ ይይዛል።

በክምችቶች ይሥሩ። የመነሻው [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L ሲሆን የሚዛኑ [Cl₂] 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L ነው። የሚፈጠረው እያንዳንዱ ሞል Cl₂ አንድ ሞል PCl₃ም ይፈጥራል፤ አንድ ሞል PCl₅ም ይፈጃል፤ ስለዚህ [PCl₃] = 0.0900 mol/L እና [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L። ከዚያም Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506። በዚህ የሙቀት መጠን ከPCl₅ ውስጥ 36.0 በመቶው ተበስብሷል። የICE ሠንጠረዥ መመሪያው ይህን ሒሳብ የሚዛን መጠኖችን መፍታት ወደሚያስፈልግባቸው ችግሮች ያሰፋዋል።

የሚዛን መግለጫ ስህተቶች

አጭር የማረጋገጫ ዝርዝር Kን በመጻፍና በመጠቀም ላይ የሚፈጠሩ አብዛኞቹን ስህተቶች ይይዛል።

• ምላሽ ሰጪዎችን ከላይ ማስቀመጥ። ለተጻፈው እኩልታ K ሁልጊዜ ምርቶች በምላሽ ሰጪዎች ላይ ነው።
• ብዜት ቁጥሮችን እንደ ኤክስፖነንት አለማካተት፣ ወይም በምትኩ እንደ አባዢዎች መጠቀም።
• ንጹህ ጠጣርን፣ ንጹህ ፈሳሽን ወይም አሟሚ ውሃን በመግለጫው ውስጥ ማካተት።
• በK ውስጥ የመነሻ ክምችቶችን መጠቀም። በK ውስጥ የሚገቡት የሚዛን እሴቶች ብቻ ናቸው፤ ማንኛውም ሌላ ስብስብ Qን ይሰጣል።
• K በሙቀት መጠን ላይ እንደሚመሠረት መርሳት። የK እሴት የሚመለከተው የሙቀት መጠን ካልተገለጸ ትርጉም የለውም።
• Kcን ወደ Kp ሲቀይሩ Δnን ከጋዞች ብቻ ሳይሆን ከሁሉም ንጥረ ነገሮች መቁጠር፣ ወይም Tን በሴልሺየስ መጠቀም።