Тең салмактуулук константалары: K ны жазуу, Q ну окуу жана Kc ны Kp га айландыруу

Динамикалык тең салмактуулук: түз жана тескери реакциялар бирдей ылдамдыкта

Кайтма реакцияда продуктулар реакцияга кирип, реагенттерди кайра пайда кыла алат. Түз реакция реагенттерди сарптаган сайын жайлайт, ал эми продуктулар топтолгон сайын тескери реакция тездейт. Эки ылдамдык барабар болгондо тең салмактуулукка жетишилет. Ошондон баштап эки реакция тең уланса да, концентрациялар туруктуу бойдон калат. Ошондуктан химиктер аны динамикалык тең салмактуулук деп аташат жана кош жебе, ⇌, менен жазышат.

Бир эле тең салмактуулук курамына эки тараптан тең жетүүгө болот. Таза NO₂ менен башталган жабык колба жана таза N₂O₄ тин эквиваленттүү саны менен башталган ошондой эле көлөмдөгү колба бирдей температурада кармалганда бирдей аралашма менен бүтөт. Тең салмактуулукка жабык системада гана жетишилет; эгер продукт, ачык идиштен CO₂ чыгып кеткендей, чыгып кетсе, реакция эч качан турукташпайт.

Теңделген теңдемеден K туюнтмасын түзүү

Жалпы aA + bB ⇌ cC + dD реакциясы үчүн массалар аракети мыйзамы тең салмактуулук константасын молярдык концентрациялар аркылуу берет: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). Продуктулар алымга, реагенттер бөлүмгө жазылат, ал эми ар бир концентрация өзүнүн коэффициентине барабар даражага көтөрүлөт. Ылдамдык мыйзамынан айырмаланып, бул туюнтма түздөн-түз теңделген теңдемеден келип чыгат.

Таза катуу заттар жана таза суюктуктар кошулбайт, анткени алардын эффективдүү концентрациясы реакция жүргөн сайын өзгөрбөйт. Суу суюлтулган суу эритмесинде эриткич болгондо да кошулбайт. Мисалы, CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) ажыроосу үчүн Kc = [CO₂]. Берилген температурада катуу заттардын үстүндөгү CO₂ нин тең салмактуулук басымы эки катуу заттын саны кандай болбосун, туруктуу.

Катуу айтканда, тең салмактуулук константасы бирдиги жок активдүүлүктөрдөн түзүлөт, ошондуктан K бирдиксиз берилет. mol/L дагы концентрацияларды же atm же bar дагы басымдарды колдонуу — жалпы химиядагы кадимки жакындатуу.

K нын чоңдугун окуу

Чоң K тең салмактуулукта продуктулар басымдуу экенин билдирет; кичине K реагенттер басымдуу экенин билдирет. Болжолдуу көрсөтмө катары, болжол менен 10³ төн чоң K реакция дээрлик толук экенин, болжол менен 10⁻³ төн кичине K продукт аз пайда болорун билдирет, ал эми алардын ортосундагы маанилер экөөнүн тең олуттуу сандары бар аралашманы берет.

OpenStax 13.4-бөлүмү 2000 °C та N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) үчүн Kc = 4.1 × 10⁻⁴ берет. Ал температурада да аба тең салмактуулукта NO ну аз гана камтыйт. Бөлмө температурасында константа андан да алда канча кичине, ошондуктан азот менен кычкылтек атмосферада бирге жашайт.

K ылдамдык жөнүндө эч нерсе айтпайт. K сы абдан чоң реакция да байкоо үчүн өтө жай болушу мүмкүн. Тең салмактуулукка канчалык тез жетишилерин тең салмактуулук константасы эмес, кинетика чечет.

Чыгарылган мисал: азот диоксиди жана диазот тетроксиди үчүн Kc жана Kp

Газдар катышкан реакциялар үчүн тең салмактуулук константасын парциалдык басымдар менен да жазууга болот, бул Kp ны берет. Экөө Kp = Kc(RT)^Δn аркылуу байланышкан, бул Kc нын RT нын Δn даражасына көбөйтүндүсүн билдирет, мында Δn — газ абалындагы продуктулардын мольдору минус газ абалындагы реагенттердин мольдору, басымдар atm менен болгондо R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹, ал эми T кельвин менен. Δn = 0 болгондо Kp Kc га барабар.

OpenStax 13.2-бөлүмү 25 °C та 1.0 L колбага салынган 0.10 mol NO₂ ни сүрөттөйт, ал [NO₂] = 0.016 mol/L жана [N₂O₄] = 0.042 mol/L менен тең салмактуулукка келет. Текшерүү: 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, демек бардык азот эсепке алынган. N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) үчүн Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, эки маанилүү цифрага чейин.

Бул жерде Δn = 2 − 1 = 1, жана RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. Демек, Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15, басымдар atm менен. Бул маани Kc дан чоң, анткени Δn оң жана RT 1ден чоң.

Теңдемени өзгөртүү K ны өзгөртөт

K теңделген теңдемеден түзүлгөндүктөн, теңдемедеги ар кандай өзгөрүү K ны алдын ала айтууга боло турган жол менен өзгөртөт. Бул эрежелер Гесс мыйзамында ΔH ты өзгөртүү эрежелеринин тең салмактуулуктагы окшошу, кошуунун ордуна көбөйтүү менен.

Чыгарылган мисал. 2000 °C тагы N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ дөн баштаңыз. Аны тескери кылуу Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ менен 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) берет. Түз теңдемени экиге бөлүү Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² менен ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) берет. Экөөнү тең жасаганда NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) үчүн Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49.

• Теңдемени тескери кылыңыз: жаңы K 1/K болот.
• Ар бир коэффициентти n ге көбөйтүңүз: жаңы K Kⁿ болот. Теңдемени экиге бөлүү квадраттык тамырды алат.
• Эки теңдемени кошуңуз: алардын K маанилерин көбөйтүңүз. Эки K мааниси тең бир эле температура үчүн болушу керек.

Багытты алдын ала айтуу үчүн Q ну K менен салыштыруу

Реакция катышы, Q, K менен так бирдей түргө ээ, бирок тең салмактуулукта гана эмес, каалаган учурдагы концентрацияларды колдонот. Q ну K менен салыштыруу реакция кайсы тарапка жүрүшү керектигин айтат. Эгер Q < K болсо, продукт өтө аз, жана реакция түз багытта жүрөт. Эгер Q > K болсо, продукт өтө көп, жана реакция тескери багытта жүрөт. Эгер Q = K болсо, система тең салмактуулукта.

Чыгарылган мисал. OpenStax 13.2-бөлүмү CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) үчүн 800 °C та Kc = 0.640 берет. Аралашмада [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 жана [H₂] = 0.0600 mol/L бар. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q K дан чоң, ошондуктан аралашма CO жана H₂O жакка жылат.

Экинчи аралашмада CO жана H₂O ошол эле, бирок [CO₂] = 0.0200 жана [H₂] = 0.0250 mol/L. Эми Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, бул 0.640 тан кичине, ошондуктан бул аралашма түз багытта реакцияга кирип, көбүрөөк CO₂ жана H₂ пайда кылат.

Чыгарылган мисал: өлчөнгөн тең салмактуулук аралашмасынан K

K ны табуу үчүн көбүнчө бир тең салмактуулук санын өлчөө жетиштүү, анткени теңделген теңдеме башка ар бир сан кантип өзгөргөнүн аныктайт. Бул жердеги маалыматтар иллюстрация үчүн. Бир туруктуу температурада 0.500 mol PCl₅ бош 2.00 L колбага жабылып, PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) тең салмактуулугуна жетүүгө мүмкүндүк берилет. Тең салмактуулукта колбада 0.180 mol Cl₂ бар.

Концентрациялар менен иштеңиз. Баштапкы [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L, ал эми тең салмактуулуктагы [Cl₂] 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L. Пайда болгон Cl₂ нин ар бир молу PCl₃ түн да бир молун пайда кылат жана PCl₅ тин бир молун сарптайт, ошондуктан [PCl₃] = 0.0900 mol/L жана [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. Анда Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. Бул температурада PCl₅ тин 36.0 пайызы ажыраган. ICE таблицалары боюнча колдонмо бул эсепти тең салмактуулуктагы сандарды табуу керек болгон маселелерге кеңейтет.

Тең салмактуулук туюнтмасындагы каталар

Кыска текшерүү тизмеси K ны жазууда жана колдонууда кездешкен каталардын көбүн кармайт.

• Реагенттерди алымга коюу. Жазылган теңдеме үчүн K ар дайым продуктулардын реагенттерге катышы.
• Коэффициенттерди даража көрсөткүчү катары калтырып кетүү же аларды анын ордуна көбөйтүүчү катары колдонуу.
• Туюнтмага таза катуу затты, таза суюктукту же эриткич сууну кошуу.
• K да баштапкы концентрацияларды колдонуу. K га тең салмактуулук маанилери гана кирет; башка ар кандай топтом Q ну берет.
• K температурага көз каранды экенин унутуу. K мааниси ал тиешелүү температурасыз маанисиз.
• Kc ны Kp га айландырууда Δn ди газдар гана эмес, бардык бөлүкчөлөр боюнча саноо, же T ны Цельсий менен алуу.