Mga Equilibrium Constant: Pagsulat sa K, Pagbasa sa Q ug Pag-convert sa Kc ngadto sa Kp

Dynamic equilibrium: forward ug reverse sa parehas nga rate

Sa reversible nga reaksyon, ang mga produkto makareaksyon aron maporma pag-usab ang mga reactant. Samtang gigamit sa forward reaction ang mga reactant mohinay kini, ug samtang modaghan ang mga produkto mopaspas ang reverse reaction. Maabot ang equilibrium kung parehas na ang duha ka rate. Gikan niadto, magpabilin nga makanunayon ang mga konsentrasyon bisan nagpadayon ang duha ka reaksyon. Mao kana nganong gitawag kini sa mga chemist og dynamic equilibrium ug gisulat kini uban ang double arrow, ⇌.

Ang parehas nga komposisyon sa equilibrium maabot gikan sa bisan hain nga kilid. Ang sirado nga flask nga nagsugod sa putli nga NO₂ ug ang usa nga parehas og volume nga nagsugod sa katumbas nga gidaghanon sa putli nga N₂O₄ moabot sa parehas nga sagol kung gitipig sa parehas nga temperatura. Ang equilibrium maabot lamang sa sirado nga sistema; kung ang usa ka produkto makaikyas, sama sa CO₂ gikan sa abli nga sudlanan, dili gayud mohunong ang reaksyon.

Pagtukod sa K nga expression gikan sa balanse nga equation

Alang sa kinatibuk-ang reaksyon nga aA + bB ⇌ cC + dD, ang balaod sa mass action mohatag sa equilibrium constant sumala sa molar nga mga konsentrasyon: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). Ang mga produkto anaa sa ibabaw, ang mga reactant sa ubos, ug ang matag konsentrasyon gipataas sa gahum sa coefficient niini. Dili sama sa rate law, kini nga expression direkta nga gikan sa balanse nga equation.

Ang putli nga mga solid ug putli nga mga liquid wala iapil, tungod kay ang ilang epektibo nga konsentrasyon dili mausab samtang nagpadayon ang reaksyon. Ang tubig wala usab iapil kung kini ang solvent sa dilute nga aqueous nga solusyon. Pananglitan, ang decomposition nga CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) adunay Kc = [CO₂]. Sa gihatag nga temperatura, ang equilibrium pressure sa CO₂ ibabaw sa mga solid tino na, bisan unsa pa ang gidaghanon sa duha ka solid.

Sa estrikto nga pagkasulti, ang equilibrium constant gitukod gikan sa mga activity, nga walay yunit, busa ang K gi-report nga walay yunit. Ang paggamit og mga konsentrasyon sa mol/L o mga pressure sa atm o bar mao ang naandan nga pagbanabana sa general chemistry.

Pagbasa sa gidak-on sa K

Ang dako nga K nagpasabot nga sa equilibrium ang mga produkto ang nagdominar; ang gamay nga K nagpasabot nga ang mga reactant ang nagdominar. Isip gibana-bana nga giya, ang K nga labaw sa mga 10³ nagpasabot nga ang reaksyon duol na sa kompleto, ang K nga mas gamay sa mga 10⁻³ nagpasabot nga gamay ra nga produkto ang maporma, ug ang mga bili taliwala mohatag og sagol nga adunay dagkong gidaghanon sa duha.

Ang OpenStax section 13.4 naghatag og Kc = 4.1 × 10⁻⁴ alang sa N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) sa 2000 °C. Bisan sa maong temperatura, ang hangin adunay gamay ra nga NO sa equilibrium. Sa temperatura sa kwarto ang constant mas gamay pa kaayo, mao nga ang nitrogen ug oxygen nagkauban sa atmospera.

Ang K walay gisulti bahin sa kapaspas. Ang reaksyon nga adunay dako kaayo nga K mahimo gihapong hinay kaayo aron maobserbahan. Ang kinetics, dili ang equilibrium constant, ang motino kung unsa ka paspas maabot ang equilibrium.

Nasulbad nga ehemplo: Kc ug Kp alang sa nitrogen dioxide ug dinitrogen tetroxide

Alang sa mga reaksyon nga naglakip og mga gas, ang equilibrium constant mahimo usab isulat gamit ang mga partial pressure, nga mohatag og Kp. Ang duha magkadugtong pinaagi sa Kp = Kc(RT)^Δn, nga nagpasabot nga Kc gipadaghan sa RT nga gipataas sa gahum nga Δn, diin ang Δn mao ang mga mole sa gaseous nga mga produkto minus ang mga mole sa gaseous nga mga reactant, R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹ kung ang mga pressure anaa sa atm, ug ang T anaa sa kelvin. Kung Δn = 0, ang Kp parehas sa Kc.

Ang OpenStax section 13.2 naghulagway sa 0.10 mol nga NO₂ nga gibutang sa 1.0 L nga flask sa 25 °C, nga moabot sa equilibrium nga adunay [NO₂] = 0.016 mol/L ug [N₂O₄] = 0.042 mol/L. Isip pagsusi, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, busa ang tanang nitrogen naihap. Alang sa N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, sa duha ka mahinungdanong digit.

Dinhi Δn = 2 − 1 = 1, ug RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. Busa Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15, uban ang mga pressure sa atm. Ang bili mas dako kaysa Kc tungod kay positibo ang Δn ug ang RT mas dako kaysa 1.

Ang pag-usab sa equation mousab sa K

Tungod kay ang K gitukod gikan sa balanse nga equation, ang bisan unsang kausaban sa equation mousab sa K sa matagna nga paagi. Kini nga mga lagda mao ang katumbas sa equilibrium sa mga lagda sa pagmaniobra sa ΔH sa balaod ni Hess, nga pagpadaghan ang gigamit puli sa pagdugang.

Nasulbad nga ehemplo. Sugdi sa N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ sa 2000 °C. Ang pagbali niini mohatag og 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) nga adunay Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³. Ang pagtunga sa forward nga equation mohatag og ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) nga adunay Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻². Kung buhaton ang duha, ang NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) adunay Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49.

• Baliha ang equation: ang bag-ong K mao ang 1/K.
• Padaghana ang matag coefficient sa n: ang bag-ong K mao ang Kⁿ. Ang pagtunga sa equation mokuha sa square root.
• Idugang ang duha ka equation: padaghana ang ilang mga bili sa K. Ang duha ka bili sa K kinahanglang alang sa parehas nga temperatura.

Pagtandi sa Q ug K aron tagnaon ang direksyon

Ang reaction quotient, Q, adunay eksakto nga parehas nga porma sa K apan naggamit sa mga konsentrasyon nga anaa sa bisan unsang higayon, dili lamang sa equilibrium. Ang pagtandi sa Q ug K mosulti kanimo kung asa kinahanglang moadto ang reaksyon. Kung Q < K, kulang ang produkto, ug ang reaksyon mopadayon sa forward. Kung Q > K, sobra ang produkto, ug ang reaksyon mopadayon sa reverse. Kung Q = K, ang sistema anaa sa equilibrium.

Nasulbad nga ehemplo. Ang OpenStax section 13.2 naghatag og Kc = 0.640 sa 800 °C alang sa CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g). Ang usa ka sagol adunay [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 ug [H₂] = 0.0600 mol/L. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Ang Q mas dako kaysa K, busa ang sagol mo-shift paingon sa CO ug H₂O.

Ang ikaduhang sagol adunay parehas nga CO ug H₂O apan [CO₂] = 0.0200 ug [H₂] = 0.0250 mol/L. Karon Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, nga mas gamay kaysa 0.640, busa kini nga sagol moreaksyon sa forward ug maghimo og dugang CO₂ ug H₂.

Nasulbad nga ehemplo: K gikan sa gisukod nga sagol sa equilibrium

Ang pagsukod sa usa ka gidaghanon sa equilibrium kasagaran igo na aron makit-an ang K, tungod kay ang balanse nga equation motino kung giunsa pag-usab sa matag usa pang gidaghanon. Ang datos dinhi ilustrasyon. Sa usa ka tino nga temperatura, 0.500 mol nga PCl₅ gisirado sa walay sulod nga 2.00 L nga flask ug gitugotan nga moabot sa PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g). Sa equilibrium ang flask adunay 0.180 mol nga Cl₂.

Pagtrabaho gamit ang mga konsentrasyon. Ang sinugdang [PCl₅] mao ang 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L, ug ang equilibrium nga [Cl₂] mao ang 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L. Ang matag mole sa Cl₂ nga naporma moporma usab og usa ka mole sa PCl₃ ug mogamit og usa ka mole sa PCl₅, busa [PCl₃] = 0.0900 mol/L ug [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. Dayon Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. Niini nga temperatura, 36.0 porsyento sa PCl₅ ang na-decompose. Ang giya sa ICE table nagpadangat niini nga pag-ihap ngadto sa mga problema diin kinahanglan nimong sulbaron ang mga gidaghanon sa equilibrium.

Mga sayop sa equilibrium expression

Ang mubo nga checklist makadakop sa kadaghanan sa mga sayop sa pagsulat ug paggamit sa K.

• Pagbutang sa mga reactant sa ibabaw. Ang K kanunay mga produkto ibabaw sa mga reactant alang sa equation sumala sa pagkasulat.
• Pagbiya sa mga coefficient isip mga exponent, o paggamit hinuon niini isip mga multiplier.
• Paglakip og putli nga solid, putli nga liquid o solvent nga tubig sa expression.
• Paggamit sa sinugdang mga konsentrasyon sa K. Ang mga bili lamang sa equilibrium ang angay sa K; ang bisan unsang laing set mohatag og Q.
• Pagkalimot nga ang K nagdepende sa temperatura. Ang bili sa K walay kahulugan kung wala ang temperatura nga gipadapatan niini.
• Pag-convert sa Kc ngadto sa Kp nga ang Δn giihap sa tanang species imbes sa mga gas lamang, o nga ang T anaa sa Celsius.