Tarazlıq sabitləri: K-nın yazılması, Q-nun oxunması və Kc-nin Kp-yə çevrilməsi

Dinamik tarazlıq: düz və əks reaksiyalar bərabər sürətlə

Dönər reaksiyada məhsullar yenidən reagentləri əmələ gətirmək üçün reaksiyaya girə bilər. Düz reaksiya reagentləri sərf etdikcə yavaşıyır, məhsullar toplandıqca isə əks reaksiya sürətlənir. İki sürət bərabərləşdikdə tarazlıq yaranır. Bundan sonra hər iki reaksiya davam etsə də, qatılıqlar sabit qalır. Kimyaçıların bunu dinamik tarazlıq adlandırması və ikitərəfli oxla, ⇌, yazması buna görədir.

Eyni tarazlıq tərkibinə hər iki tərəfdən çatmaq olar. Təmiz NO₂ ilə başlayan qapalı kolba və eyni həcmdə ekvivalent miqdarda təmiz N₂O₄ ilə başlayan kolba eyni temperaturda saxlandıqda eyni qarışığa gəlir. Tarazlığa yalnız qapalı sistemdə çatılır; məhsul, məsələn, açıq qabdan CO₂ kimi çıxıb gedirsə, reaksiya heç vaxt tarazlaşmır.

K ifadəsinin tarazlaşdırılmış tənlikdən qurulması

Ümumi aA + bB ⇌ cC + dD reaksiyası üçün kütlələrin təsiri qanunu tarazlıq sabitini molyar qatılıqlarla verir: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). Məhsullar surətdə, reagentlər məxrəcdə yazılır və hər qatılıq öz əmsalına bərabər qüvvətə yüksəldilir. Sürət qanunundan fərqli olaraq bu ifadə birbaşa tarazlaşdırılmış tənlikdən alınır.

Təmiz bərk maddələr və təmiz mayelər daxil edilmir, çünki reaksiya getdikcə onların effektiv qatılığı dəyişmir. Su durulaşdırılmış sulu məhlulda həlledici olduqda o da daxil edilmir. Məsələn, CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) parçalanması üçün Kc = [CO₂]. Verilmiş temperaturda bərk maddələrin üzərində CO₂-nin tarazlıq təzyiqi iki bərk maddənin miqdarından asılı olmayaraq sabitdir.

Ciddi desək, tarazlıq sabiti vahidi olmayan aktivliklərdən qurulur, buna görə K vahidsiz göstərilir. Qatılıqlardan mol/L ilə və ya təzyiqlərdən atm və ya bar ilə istifadə ümumi kimyada adi yaxınlaşmadır.

K-nın qiymətinin oxunması

Böyük K tarazlıqda məhsulların üstünlük təşkil etdiyini, kiçik K isə reagentlərin üstünlük təşkil etdiyini göstərir. Təqribi qayda kimi, təxminən 10³-dən böyük K reaksiyanın demək olar ki, tam getdiyini, təxminən 10⁻³-dən kiçik K az məhsul əmələ gəldiyini bildirir, aralıq qiymətlər isə hər ikisinin əhəmiyyətli miqdarda olduğu qarışıq verir.

OpenStax bölmə 13.4 2000 °C-də N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) üçün Kc = 4.1 × 10⁻⁴ verir. Hətta bu temperaturda tarazlıqda havada az NO olur. Otaq temperaturunda sabit daha da kiçikdir və azot və oksigenin atmosferdə birgə mövcud olmasının səbəbi budur.

K sürət barədə heç nə demir. Çox böyük K-sı olan reaksiya yenə də müşahidə olunmayacaq qədər yavaş ola bilər. Tarazlığa nə qədər tez çatılacağını tarazlıq sabiti deyil, kinetika həll edir.

Həll olunmuş nümunə: azot dioksid və diazot tetraoksid üçün Kc və Kp

Qazların iştirak etdiyi reaksiyalar üçün tarazlıq sabitini parsial təzyiqlərlə də yazmaq olar və bu, Kp-ni verir. İkisi Kp = Kc(RT)^Δn ilə bağlıdır, yəni Kc RT-nin Δn qüvvətinə vurulur; burada Δn qaz məhsulların molları ilə qaz reagentlərin mollarının fərqidir, təzyiqlər atm ilə olduqda R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹, T isə kelvinlədir. Δn = 0 olduqda Kp Kc-yə bərabərdir.

OpenStax bölmə 13.2 25 °C-də 1.0 L kolbaya yerləşdirilmiş 0.10 mol NO₂-ni təsvir edir; o, [NO₂] = 0.016 mol/L və [N₂O₄] = 0.042 mol/L olmaqla tarazlığa gəlir. Yoxlama: 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, deməli bütün azot nəzərə alınıb. N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) üçün Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, iki əhəmiyyətli rəqəmlə.

Burada Δn = 2 − 1 = 1 və RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. Deməli, təzyiqlər atm ilə olmaqla Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15. Qiymət Kc-dən böyükdür, çünki Δn müsbətdir və RT 1-dən böyükdür.

Tənliyin dəyişməsi K-nı dəyişir

K tarazlaşdırılmış tənlikdən qurulduğuna görə tənlikdəki istənilən dəyişiklik K-nı proqnozlaşdırıla bilən şəkildə dəyişir. Bu qaydalar Hess qanununda ΔH ilə işləmə qaydalarının tarazlıqdakı qarşılığıdır, yalnız toplama əvəzinə vurma işlənir.

Həll olunmuş nümunə. 2000 °C-də Kc = 4.1 × 10⁻⁴ olan N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) ilə başlayın. Onu tərsinə çevirmək Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ olan 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) verir. Düz tənliyi yarıya bölmək Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² olan ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) verir. Hər ikisini etsək, NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) üçün Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49 alınır.

• Tənliyi tərsinə çevirin: yeni K 1/K-dır.
• Hər əmsalı n-ə vurun: yeni K Kⁿ-dir. Tənliyi yarıya bölmək kvadrat kök almaq deməkdir.
• İki tənliyi toplayın: onların K qiymətlərini vurun. Hər iki K qiyməti eyni temperatura aid olmalıdır.

İstiqaməti proqnozlaşdırmaq üçün Q-nun K ilə müqayisəsi

Reaksiya nisbəti, Q, K ilə tamamilə eyni formadadır, lakin yalnız tarazlıqdakı deyil, istənilən andakı qatılıqlardan istifadə edir. Q-nu K ilə müqayisə etmək reaksiyanın hansı istiqamətdə getməli olduğunu göstərir. Q < K olduqda məhsul çox azdır və reaksiya düz istiqamətdə gedir. Q > K olduqda məhsul çox çoxdur və reaksiya əks istiqamətdə gedir. Q = K olduqda sistem tarazlıqdadır.

Həll olunmuş nümunə. OpenStax bölmə 13.2 CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) üçün 800 °C-də Kc = 0.640 verir. Qarışıqda [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 və [H₂] = 0.0600 mol/L var. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q K-dan böyükdür, buna görə qarışıq CO və H₂O-ya doğru sürüşür.

İkinci qarışıqda CO və H₂O eynidir, lakin [CO₂] = 0.0200 və [H₂] = 0.0250 mol/L-dir. İndi Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, bu da 0.640-dan kiçikdir, buna görə bu qarışıq düz istiqamətdə reaksiyaya girir və daha çox CO₂ və H₂ əmələ gətirir.

Həll olunmuş nümunə: ölçülmüş tarazlıq qarışığından K

Bir tarazlıq miqdarını ölçmək çox vaxt K-nı tapmaq üçün kifayətdir, çünki tarazlaşdırılmış tənlik digər hər miqdarın necə dəyişdiyini müəyyən edir. Buradakı məlumatlar illüstrativdir. Müəyyən sabit temperaturda 0.500 mol PCl₅ boş 2.00 L kolbada qapadılır və PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) tarazlığına çatmağa buraxılır. Tarazlıqda kolbada 0.180 mol Cl₂ var.

Qatılıqlarla işləyin. Başlanğıc [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L, tarazlıq [Cl₂] isə 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L-dir. Əmələ gələn hər mol Cl₂ həm də bir mol PCl₃ əmələ gətirir və bir mol PCl₅ sərf edir, buna görə [PCl₃] = 0.0900 mol/L və [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. Onda Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. Bu temperaturda PCl₅-in 36.0 faizi parçalanıb. ICE cədvəli bələdçisi bu hesab qaydasını tarazlıq miqdarlarını hesablamalı olduğunuz məsələlərə genişləndirir.

Tarazlıq ifadəsi səhvləri

Qısa yoxlama siyahısı K-nın yazılması və istifadəsindəki səhvlərin çoxunu tutur.

• Reagentləri surətə yazmaq. Yazıldığı kimi tənlik üçün K həmişə məhsulların reagentlərə nisbətidir.
• Əmsalları üst kimi yazmamaq və ya onları vuruq kimi istifadə etmək.
• İfadəyə təmiz bərk maddəni, təmiz mayeni və ya həlledici suyu daxil etmək.
• K-da başlanğıc qatılıqlardan istifadə etmək. K-ya yalnız tarazlıq qiymətləri daxildir; istənilən digər dəst Q verir.
• K-nın temperaturdan asılı olduğunu unutmaq. Aid olduğu temperatur göstərilməyən K qiyməti mənasızdır.
• Kc-ni Kp-yə çevirərkən Δn-i yalnız qazlar üzrə deyil, bütün növlər üzrə saymaq və ya T-ni Selsi ilə götürmək.