ຄ່າຄົງທີ່ສະມະດຸນ: ການຂຽນ K, ການອ່ານ Q ແລະ ການປ່ຽນ Kc ເປັນ Kp

ສະມະດຸນແບບໄດນາມິກ: ໄປໜ້າ ແລະ ຍ້ອນກັບດ້ວຍອັດຕາເທົ່າກັນ

ໃນປະຕິກິລິຍາຜັນກັບໄດ້, ຜະລິດຕະພັນສາມາດເກີດປະຕິກິລິຍາເພື່ອສ້າງສານຕັ້ງຕົ້ນຄືນ. ເມື່ອປະຕິກິລິຍາໄປໜ້າໃຊ້ສານຕັ້ງຕົ້ນໄປ ມັນຈະຊ້າລົງ, ແລະ ເມື່ອຜະລິດຕະພັນສະສົມຂຶ້ນ ປະຕິກິລິຍາຍ້ອນກັບຈະໄວຂຶ້ນ. ສະມະດຸນເກີດຂຶ້ນເມື່ອອັດຕາທັງສອງເທົ່າກັນ. ຈາກນັ້ນເປັນຕົ້ນໄປ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຄົງທີ່ ເຖິງແມ່ນປະຕິກິລິຍາທັງສອງຍັງດຳເນີນຕໍ່ໄປ. ນັ້ນຄືເຫດຜົນທີ່ນັກເຄມີເອີ້ນມັນວ່າສະມະດຸນແບບໄດນາມິກ ແລະ ຂຽນມັນດ້ວຍລູກສອນຄູ່, ⇌.

ອົງປະກອບທີ່ສະມະດຸນດຽວກັນສາມາດໄປເຖິງໄດ້ຈາກທັງສອງດ້ານ. ຂວດປິດທີ່ເລີ່ມດ້ວຍ NO₂ ບໍລິສຸດ ແລະ ຂວດທີ່ມີປະລິມານເທົ່າກັນທີ່ເລີ່ມດ້ວຍ N₂O₄ ບໍລິສຸດໃນຈຳນວນທີ່ທຽບເທົ່າກັນ ຈະສິ້ນສຸດທີ່ສ່ວນປະສົມດຽວກັນເມື່ອຮັກສາໄວ້ທີ່ອຸນຫະພູມດຽວກັນ. ສະມະດຸນເກີດຂຶ້ນໄດ້ສະເພາະໃນລະບົບປິດເທົ່ານັ້ນ; ຖ້າຜະລິດຕະພັນໜີອອກໄປ, ຄືກັບ CO₂ ໜີອອກຈາກພາຊະນະເປີດ, ປະຕິກິລິຍາຈະບໍ່ເຂົ້າສູ່ສະມະດຸນເລີຍ.

ການສ້າງສຳນວນ K ຈາກສົມຜົນທີ່ດຸນແລ້ວ

ສຳລັບປະຕິກິລິຍາທົ່ວໄປ aA + bB ⇌ cC + dD, ກົດຂອງການກະທຳມວນໃຫ້ຄ່າຄົງທີ່ສະມະດຸນໃນຮູບຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນໂມລາ: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). ຜະລິດຕະພັນຢູ່ເທິງ, ສານຕັ້ງຕົ້ນຢູ່ລຸ່ມ, ແລະ ແຕ່ລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຍົກກຳລັງດ້ວຍສຳປະສິດຂອງມັນ. ຕ່າງຈາກກົດອັດຕາ, ສຳນວນນີ້ມາຈາກສົມຜົນທີ່ດຸນແລ້ວໂດຍກົງ.

ຂອງແຂງບໍລິສຸດ ແລະ ຂອງແຫຼວບໍລິສຸດບໍ່ໄດ້ໃສ່ໄວ້, ເພາະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ມີຜົນຂອງມັນບໍ່ປ່ຽນເມື່ອປະຕິກິລິຍາດຳເນີນໄປ. ນ້ຳກໍບໍ່ໃສ່ເຊັ່ນກັນເມື່ອມັນເປັນຕົວລະລາຍໃນສາລະລາຍນ້ຳທີ່ເຈືອຈາງ. ຕົວຢ່າງ, ການສະຫຼາຍຕົວ CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) ມີ Kc = [CO₂]. ທີ່ອຸນຫະພູມໜຶ່ງ, ຄວາມດັນ CO₂ ທີ່ສະມະດຸນເໜືອຂອງແຂງຄົງທີ່, ບໍ່ວ່າຂອງແຂງທັງສອງຈະມີປະລິມານເທົ່າໃດ.

ຢ່າງເຄັ່ງຄັດ, ຄ່າຄົງທີ່ສະມະດຸນສ້າງຂຶ້ນຈາກເອກຕິວິຕີ, ເຊິ່ງບໍ່ມີຫົວໜ່ວຍ, ສະນັ້ນ K ຈຶ່ງຖືກລາຍງານໂດຍບໍ່ມີຫົວໜ່ວຍ. ການໃຊ້ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນເປັນ mol/L ຫຼື ຄວາມດັນເປັນ atm ຫຼື bar ເປັນການປະມານທົ່ວໄປໃນເຄມີທົ່ວໄປ.

ການອ່ານຂະໜາດຂອງ K

K ທີ່ໃຫຍ່ໝາຍຄວາມວ່າທີ່ສະມະດຸນ ຜະລິດຕະພັນມີຫຼາຍກວ່າ; K ທີ່ນ້ອຍໝາຍຄວາມວ່າສານຕັ້ງຕົ້ນມີຫຼາຍກວ່າ. ເປັນແນວທາງຄ່າວໆ, K ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າປະມານ 10³ ໝາຍຄວາມວ່າປະຕິກິລິຍາເກືອບສົມບູນ, K ທີ່ນ້ອຍກວ່າປະມານ 10⁻³ ໝາຍຄວາມວ່າເກີດຜະລິດຕະພັນໜ້ອຍ, ແລະ ຄ່າລະຫວ່າງນັ້ນໃຫ້ສ່ວນປະສົມທີ່ມີທັງສອງຢ່າງໃນປະລິມານທີ່ສຳຄັນ.

ພາກ 13.4 ຂອງ OpenStax ໃຫ້ Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ສຳລັບ N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) ທີ່ 2000 °C. ເຖິງແມ່ນທີ່ອຸນຫະພູມນັ້ນ, ອາກາດມີ NO ພຽງເລັກນ້ອຍທີ່ສະມະດຸນ. ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງ ຄ່າຄົງທີ່ນ້ອຍກວ່ານັ້ນອີກຫຼາຍ, ນັ້ນຄືເຫດຜົນທີ່ໄນໂຕຣເຈນ ແລະ ອົກຊິເຈນຢູ່ຮ່ວມກັນໃນບັນຍາກາດໄດ້.

K ບໍ່ໄດ້ບອກຫຍັງກ່ຽວກັບຄວາມໄວ. ປະຕິກິລິຍາທີ່ມີ K ໃຫຍ່ຫຼາຍກໍຍັງອາດຊ້າເກີນກວ່າຈະສັງເກດເຫັນ. ຈົນສາດ, ບໍ່ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ສະມະດຸນ, ເປັນຕົວຕັດສິນວ່າສະມະດຸນຈະເກີດຂຶ້ນໄວປານໃດ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ: Kc ແລະ Kp ສຳລັບໄນໂຕຣເຈນໄດອອກໄຊດ໌ ແລະ ໄດໄນໂຕຣເຈນເຕຕຣອກໄຊດ໌

ສຳລັບປະຕິກິລິຍາທີ່ມີແກັສ, ຄ່າຄົງທີ່ສະມະດຸນຍັງສາມາດຂຽນດ້ວຍຄວາມດັນຍ່ອຍ, ເຊິ່ງໃຫ້ Kp. ທັງສອງສຳພັນກັນດ້ວຍ Kp = Kc(RT)^Δn, ໝາຍຄວາມວ່າ Kc ຄູນດ້ວຍ RT ຍົກກຳລັງ Δn, ເຊິ່ງ Δn ແມ່ນໂມນຂອງຜະລິດຕະພັນທີ່ເປັນແກັສລົບດ້ວຍໂມນຂອງສານຕັ້ງຕົ້ນທີ່ເປັນແກັສ, R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹ ເມື່ອຄວາມດັນເປັນ atm, ແລະ T ເປັນເຄວິນ. ເມື່ອ Δn = 0, Kp ເທົ່າກັບ Kc.

ພາກ 13.2 ຂອງ OpenStax ອະທິບາຍ NO₂ 0.10 mol ທີ່ໃສ່ໃນຂວດ 1.0 L ທີ່ 25 °C, ເຊິ່ງເຂົ້າສູ່ສະມະດຸນໂດຍມີ [NO₂] = 0.016 mol/L ແລະ [N₂O₄] = 0.042 mol/L. ເພື່ອກວດ, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, ສະນັ້ນໄນໂຕຣເຈນທັງໝົດຖືກນັບຄົບ. ສຳລັບ N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, ເປັນເລກສຳຄັນສອງຕົວ.

ໃນທີ່ນີ້ Δn = 2 − 1 = 1, ແລະ RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. ສະນັ້ນ Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15, ໂດຍຄວາມດັນເປັນ atm. ຄ່ານີ້ໃຫຍ່ກວ່າ Kc ເພາະ Δn ເປັນບວກ ແລະ RT ໃຫຍ່ກວ່າ 1.

ການປ່ຽນສົມຜົນປ່ຽນ K

ເນື່ອງຈາກ K ສ້າງຂຶ້ນຈາກສົມຜົນທີ່ດຸນແລ້ວ, ການປ່ຽນແປງໃດໆຂອງສົມຜົນຈະປ່ຽນ K ໃນແບບທີ່ທຳນາຍໄດ້. ກົດເກນເຫຼົ່ານີ້ເປັນຄູ່ທຽບທາງສະມະດຸນຂອງກົດເກນການຈັດການ ΔH ໃນກົດຂອງເຮສ, ໂດຍໃຊ້ການຄູນແທນການບວກ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ. ເລີ່ມຈາກ N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ທີ່ 2000 °C. ການກັບມັນໃຫ້ 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) ທີ່ມີ Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³. ການຫຼຸດສົມຜົນໄປໜ້າລົງເຄິ່ງໜຶ່ງໃຫ້ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) ທີ່ມີ Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻². ເມື່ອເຮັດທັງສອງຢ່າງ, NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ມີ Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49.

• ກັບສົມຜົນ: K ໃໝ່ແມ່ນ 1/K.
• ຄູນທຸກສຳປະສິດດ້ວຍ n: K ໃໝ່ແມ່ນ Kⁿ. ການຫຼຸດສົມຜົນລົງເຄິ່ງໜຶ່ງແມ່ນການຖອດຮາກທີສອງ.
• ບວກສອງສົມຜົນ: ຄູນຄ່າ K ຂອງມັນ. ຄ່າ K ທັງສອງຕ້ອງເປັນຂອງອຸນຫະພູມດຽວກັນ.

ການປຽບທຽບ Q ກັບ K ເພື່ອທຳນາຍທິດທາງ

ຜົນຫານປະຕິກິລິຍາ, Q, ມີຮູບແບບຄືກັບ K ທຸກປະການ ແຕ່ໃຊ້ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ມີຢູ່ໃນຂະນະໃດກໍຕາມ, ບໍ່ແມ່ນສະເພາະທີ່ສະມະດຸນ. ການປຽບທຽບ Q ກັບ K ບອກທ່ານວ່າປະຕິກິລິຍາຕ້ອງໄປທາງໃດ. ຖ້າ Q < K, ມີຜະລິດຕະພັນໜ້ອຍເກີນໄປ, ແລະ ປະຕິກິລິຍາດຳເນີນໄປໜ້າ. ຖ້າ Q > K, ມີຜະລິດຕະພັນຫຼາຍເກີນໄປ, ແລະ ປະຕິກິລິຍາດຳເນີນຍ້ອນກັບ. ຖ້າ Q = K, ລະບົບຢູ່ໃນສະມະດຸນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ. ພາກ 13.2 ຂອງ OpenStax ໃຫ້ Kc = 0.640 ທີ່ 800 °C ສຳລັບ CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g). ສ່ວນປະສົມໜຶ່ງມີ [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 ແລະ [H₂] = 0.0600 mol/L. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q ໃຫຍ່ກວ່າ K, ສະນັ້ນສ່ວນປະສົມເລື່ອນໄປທາງ CO ແລະ H₂O.

ສ່ວນປະສົມທີສອງມີ CO ແລະ H₂O ເທົ່າເດີມ ແຕ່ [CO₂] = 0.0200 ແລະ [H₂] = 0.0250 mol/L. ຕອນນີ້ Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, ເຊິ່ງນ້ອຍກວ່າ 0.640, ສະນັ້ນສ່ວນປະສົມນີ້ເກີດປະຕິກິລິຍາໄປໜ້າ ແລະ ສ້າງ CO₂ ແລະ H₂ ເພີ່ມຂຶ້ນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ: K ຈາກສ່ວນປະສົມທີ່ສະມະດຸນທີ່ວັດໄດ້

ການວັດຈຳນວນທີ່ສະມະດຸນພຽງອັນດຽວມັກພຽງພໍທີ່ຈະຫາ K, ເພາະສົມຜົນທີ່ດຸນແລ້ວກຳນົດວ່າຈຳນວນອື່ນທັງໝົດປ່ຽນໄປແນວໃດ. ຂໍ້ມູນຢູ່ນີ້ເປັນຕົວຢ່າງ. ທີ່ອຸນຫະພູມຄົງທີ່ໜຶ່ງ, PCl₅ 0.500 mol ຖືກປິດໄວ້ໃນຂວດເປົ່າ 2.00 L ແລະ ປ່ອຍໃຫ້ເຂົ້າສູ່ສະມະດຸນ PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g). ທີ່ສະມະດຸນ ຂວດມີ Cl₂ 0.180 mol.

ເຮັດວຽກດ້ວຍຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນ. [PCl₅] ເລີ່ມຕົ້ນແມ່ນ 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L, ແລະ [Cl₂] ທີ່ສະມະດຸນແມ່ນ 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L. Cl₂ ແຕ່ລະໂມນທີ່ເກີດຂຶ້ນກໍສ້າງ PCl₃ ໜຶ່ງໂມນ ແລະ ໃຊ້ PCl₅ ໜຶ່ງໂມນ, ສະນັ້ນ [PCl₃] = 0.0900 mol/L ແລະ [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. ສະນັ້ນ Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. ທີ່ອຸນຫະພູມນີ້, PCl₅ 36.0 ເປີເຊັນສະຫຼາຍຕົວ. ຄູ່ມືຕາຕະລາງ ICE ຂະຫຍາຍການຄິດໄລ່ແບບນີ້ໄປສູ່ໂຈດທີ່ທ່ານຕ້ອງແກ້ຫາຈຳນວນທີ່ສະມະດຸນ.

ຂໍ້ຜິດພາດໃນສຳນວນສະມະດຸນ

ລາຍການກວດສັ້ນໆຈັບຂໍ້ຜິດພາດໃນການຂຽນ ແລະ ການໃຊ້ K ໄດ້ເກືອບທັງໝົດ.

• ເອົາສານຕັ້ງຕົ້ນໄວ້ເທິງ. K ແມ່ນຜະລິດຕະພັນຫານດ້ວຍສານຕັ້ງຕົ້ນສະເໝີສຳລັບສົມຜົນຕາມທີ່ຂຽນ.
• ລືມໃຊ້ສຳປະສິດເປັນເລກກຳລັງ, ຫຼື ໃຊ້ມັນເປັນຕົວຄູນແທນ.
• ໃສ່ຂອງແຂງບໍລິສຸດ, ຂອງແຫຼວບໍລິສຸດ ຫຼື ນ້ຳທີ່ເປັນຕົວລະລາຍໄວ້ໃນສຳນວນ.
• ໃຊ້ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນເລີ່ມຕົ້ນໃນ K. ມີແຕ່ຄ່າທີ່ສະມະດຸນເທົ່ານັ້ນທີ່ໃສ່ໃນ K; ຊຸດອື່ນໃດໆໃຫ້ Q.
• ລືມວ່າ K ຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມ. ຄ່າ K ບໍ່ມີຄວາມໝາຍຖ້າບໍ່ມີອຸນຫະພູມທີ່ມັນໃຊ້.
• ປ່ຽນ Kc ເປັນ Kp ໂດຍນັບ Δn ຈາກທຸກສະປີຊີສ໌ແທນທີ່ຈະເປັນແກັສເທົ່ານັ້ນ, ຫຼື ໃຊ້ T ເປັນອົງສາເຊວຊຽດ.