Sabîtên hevsengiyê: nivîsandina K, xwendina Q û veguhertina Kc bo Kp

Hevsengiya dînamîk: pêşve û berovajî bi lezên wekhev

Di reaksiyoneke vegerbar de, berhem dikarin reaksiyon bikin da ku reaktantan ji nû ve çêkin. Her ku reaksiyona pêşve reaktantan bi kar tîne hêdî dibe, û her ku berhem kom dibin reaksiyona berovajî bilez dibe. Hevsengî tê gihîştin dema her du lez wekhev in. Ji wê demê pê ve, tîrêjî sabît dimînin tevî ku her du reaksiyon berdewam dikin. Ev e sedema ku kîmyager jê re hevsengiya dînamîk dibêjin û wê bi tîreke ducar, ⇌, dinivîsin.

Heman pêkhateya hevsengiyê dikare ji her du aliyan bê gihîştin. Flaskeyeke girtî ya ku bi NO₂ ya paqij dest pê dike û yeke bi heman hecmê ku bi mîqdara hevwate ya N₂O₄ ya paqij dest pê dike, dema di heman germahiyê de bêne girtin, digihîjin heman tevliheviyê. Hevsengî tenê di pergaleke girtî de tê gihîştin; heke berhemek derkeve, wekî CO₂ ji konteynireke vekirî, reaksiyon qet aram nabe.

Avakirina vegotina K ji hevkêşeyeke hevseng

Ji bo reaksiyoneke giştî aA + bB ⇌ cC + dD, yasaya çalakiya girseyê sabîta hevsengiyê bi tîrêjiyên molar dide: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). Berhem diçin jor, reaktant jêr, û her tîrêjî bi hêza hevberê xwe tê bilindkirin. Berovajî yasaya lezê, ev vegotin rasterast ji hevkêşeya hevseng tê.

Reqên paqij û şilavên paqij têne derxistin, ji ber ku tîrêjiya wan a bibandor her ku reaksiyon pêş dikeve naguhere. Av jî tê derxistin dema ew çareserker e di çareseriyeke avî ya tenik de. Bo nimûne, hilweşîna CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) Kc = [CO₂] heye. Di germahiyeke diyarkirî de, zexta hevsengiyê ya CO₂ li ser reqan sabît e, çi dibe bila bibe mîqdarên her du reqan.

Bi hişkî, sabîteke hevsengiyê ji çalakiyan tê avakirin, ku bê yeke ne, ji ber vê yekê K bê yeke tê raporkirin. Bikaranîna tîrêjiyên bi mol/L an zextên bi atm an bar nêzîkbûna asayî ye di kîmyaya giştî de.

Xwendina mezinahiya K

K-yeke mezin tê wateya ku di hevsengiyê de berhem serdest in; K-yeke piçûk tê wateya ku reaktant serdest in. Wekî rêberekî nêzîk, K-ya ji nêzîkî 10³ mezintir tê wateya ku reaksiyon nêzîkî temamiyê ye, K-ya ji nêzîkî 10⁻³ piçûktir tê wateya ku hindik berhem çêdibe, û nirxên di navbera wan de tevliheviyekê bi mîqdarên girîng ji her duyan didin.

OpenStax beşa 13.4 ji bo N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) di 2000 °C de Kc = 4.1 × 10⁻⁴ dide. Tewra di wê germahiyê de jî, hewa di hevsengiyê de tenê hindik NO dihewîne. Di germahiya odeyê de sabît hê pir piçûktir e, ev e sedema ku nîtrojen û oksîjen di atmosferê de bi hev re dijîn.

K tiştekî li ser lezê nabêje. Reaksiyoneke bi K-yeke pir mezin hê jî dikare ji bo dîtinê pir hêdî be. Kînetîk, ne sabîta hevsengiyê, biryar dide ka hevsengî çiqas zû tê gihîştin.

Mînaka çareserkirî: Kc û Kp ji bo dîoksîda nîtrojenê û dînîtrojen tetroksîdê

Ji bo reaksiyonên ku gaz tê de hene, sabîta hevsengiyê dikare bi zextên parçeyî jî bê nivîsandin, ku Kp dide. Her du bi Kp = Kc(RT)^Δn bi hev ve girêdayî ne, ango Kc bi RT ya bi hêza Δn re pirkirî, ku Δn molên berhemên gazî kêm molên reaktantên gazî ye, R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹ dema zext bi atm in, û T bi kelvinan e. Dema Δn = 0, Kp bi Kc re wekhev e.

OpenStax beşa 13.2 0.10 mol NO₂ ku di flaskeyeke 1.0 L de di 25 °C de hatiye danîn vedibêje, ku bi [NO₂] = 0.016 mol/L û [N₂O₄] = 0.042 mol/L digihîje hevsengiyê. Wekî kontrol, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, ji ber vê yekê hemû nîtrojen tê hesibandin. Ji bo N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, heta du reqemên girîng.

Li vir Δn = 2 − 1 = 1, û RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. Ji ber vê yekê Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15, bi zextên bi atm. Nirx ji Kc mezintir e ji ber ku Δn erênî ye û RT ji 1 mezintir e.

Guherandina hevkêşeyê K diguherîne

Ji ber ku K ji hevkêşeya hevseng tê avakirin, her guherînek di hevkêşeyê de K bi awayekî pêşbînîkirî diguherîne. Ev rêzik hevtaya hevsengiyê ya rêzikên rêvebirina ΔH di yasaya Hess de ne, bi pirkirinê li şûna lêzêdekirinê.

Mînaka çareserkirî. Ji N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ di 2000 °C de dest pê bike. Berovajîkirina wê 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) bi Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ dide. Nîvkirina hevkêşeya pêşve ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) bi Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² dide. Bi kirina her duyan, NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49 heye.

• Hevkêşeyê berovajî bike: K-ya nû 1/K ye.
• Her hevberê bi n pir bike: K-ya nû Kⁿ e. Nîvkirina hevkêşeyê koka çargoşe digire.
• Du hevkêşeyan li hev bike: nirxên wan ên K pir bike. Divê her du nirxên K ji bo heman germahiyê bin.

Berhevdana Q bi K re ji bo pêşbînkirina arasteyê

Qûsyenta reaksiyonê, Q, tam heman forma K heye lê tîrêjiyên ku di her kêliyê de hene bi kar tîne, ne tenê di hevsengiyê de. Berhevdana Q bi K re ji te re dibêje reaksiyon divê ber bi kîjan alî ve biçe. Heke Q < K, berhem pir kêm e, û reaksiyon ber bi pêş ve diçe. Heke Q > K, berhem pir zêde ye, û reaksiyon berovajî diçe. Heke Q = K, pergal di hevsengiyê de ye.

Mînaka çareserkirî. OpenStax beşa 13.2 ji bo CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) di 800 °C de Kc = 0.640 dide. Tevliheviyek [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 û [H₂] = 0.0600 mol/L dihewîne. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q ji K mezintir e, ji ber vê yekê tevlihevî ber bi CO û H₂O ve diçe.

Tevliheviyeke duyem heman CO û H₂O heye lê [CO₂] = 0.0200 û [H₂] = 0.0250 mol/L. Niha Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, ku ji 0.640 kêmtir e, ji ber vê yekê ev tevlihevî ber bi pêş ve reaksiyon dike û bêtir CO₂ û H₂ çêdike.

Mînaka çareserkirî: K ji tevliheviyeke hevsengiyê ya pîvandî

Pîvandina yek mîqdara hevsengiyê pir caran têra dîtina K dike, ji ber ku hevkêşeya hevseng diyar dike ka her mîqdareke din çawa guheriye. Daneyên li vir mînakî ne. Di yek germahiyeke sabît de, 0.500 mol PCl₅ di flaskeyeke vala ya 2.00 L de tê girtin û tê hiştin ku bigihîje PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g). Di hevsengiyê de flaske 0.180 mol Cl₂ digire.

Bi tîrêjiyan bixebite. [PCl₅] ya destpêkê 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L e, û [Cl₂] ya hevsengiyê 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L e. Her mola Cl₂ ya çêbûyî her weha yek mol PCl₃ çêdike û yek mol PCl₅ bi kar tîne, ji ber vê yekê [PCl₃] = 0.0900 mol/L û [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. Paşê Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. Di vê germahiyê de, 36.0 ji sedî ya PCl₅ hilweşiya. Rêbera tabloyên ICE vê tomarkirinê berfireh dike bo pirsgirêkên ku tê de divê tu mîqdarên hevsengiyê çareser bikî.

Xeletiyên vegotina hevsengiyê

Lîsteyeke kontrolê ya kurt piraniya xeletiyan di nivîsandin û bikaranîna K de digire.

• Danîna reaktantan li jor. K her gav berhem li ser reaktantan e ji bo hevkêşeya wekî hatî nivîsandin.
• Derxistina hevberan wekî eksponent, an li şûna wê bikaranîna wan wekî pirker.
• Tevlîkirina reqeke paqij, şilaveke paqij an ava çareserker di vegotinê de.
• Bikaranîna tîrêjiyên destpêkê di K de. Tenê nirxên hevsengiyê di K de cih digirin; her komeke din Q dide.
• Ji bîrkirina ku K bi germahiyê ve girêdayî ye. Nirxeke K bêyî germahiya ku jê re derbas dibe bê wate ye.
• Veguhertina Kc bo Kp bi Δn ku li ser hemû cureyan li şûna tenê gazan hatiye jimartin, an bi T bi Celsius.