സന്തുലന സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ: K എഴുതൽ, Q വായിക്കൽ, Kc-യെ Kp ആക്കി മാറ്റൽ

ചലനാത്മക സന്തുലനം: മുന്നോട്ടും പിന്നോട്ടും തുല്യ നിരക്കുകളിൽ

ഒരു ഉഭയദിശാ അഭിക്രിയയിൽ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് അഭികാരകങ്ങൾ പുനർരൂപപ്പെടുത്താനാകും. മുന്നോട്ടുള്ള അഭിക്രിയ അഭികാരകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ അത് മന്ദഗതിയിലാകുന്നു, ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ കൂടിവരുമ്പോൾ വിപരീത അഭിക്രിയ വേഗത്തിലാകുന്നു. രണ്ട് നിരക്കുകളും തുല്യമാകുമ്പോൾ സന്തുലനം എത്തുന്നു. അന്നുമുതൽ രണ്ട് അഭിക്രിയകളും തുടരുന്നുണ്ടെങ്കിലും സാന്ദ്രതകൾ സ്ഥിരമായി തുടരുന്നു. അതുകൊണ്ടാണ് രസതന്ത്രജ്ഞർ അതിനെ ചലനാത്മക സന്തുലനം എന്ന് വിളിക്കുകയും ഇരട്ട അമ്പ്, ⇌, ഉപയോഗിച്ച് എഴുതുകയും ചെയ്യുന്നത്.

ഒരേ സന്തുലന ഘടനയിൽ ഏത് വശത്തുനിന്നും എത്താം. ശുദ്ധമായ NO₂-ൽ തുടങ്ങുന്ന ഒരു അടച്ച ഫ്ലാസ്കും, ശുദ്ധമായ N₂O₄-ന്റെ തത്തുല്യ അളവിൽ തുടങ്ങുന്ന അതേ വ്യാപ്തമുള്ള മറ്റൊന്നും ഒരേ താപനിലയിൽ നിലനിർത്തുമ്പോൾ ഒരേ മിശ്രിതത്തിൽ എത്തുന്നു. അടച്ച വ്യൂഹത്തിൽ മാത്രമേ സന്തുലനം എത്തൂ; തുറന്ന പാത്രത്തിൽ നിന്ന് CO₂ പോലെ ഒരു ഉൽപ്പന്നം രക്ഷപ്പെട്ടാൽ അഭിക്രിയ ഒരിക്കലും സ്ഥിരമാകില്ല.

ഒരു സമീകൃത സമവാക്യത്തിൽ നിന്ന് K പദപ്രയോഗം നിർമിക്കൽ

aA + bB ⇌ cC + dD എന്ന പൊതു അഭിക്രിയയ്ക്ക് പിണ്ഡ പ്രവർത്തന നിയമം മോളാർ സാന്ദ്രതകളിൽ സന്തുലന സ്ഥിരാങ്കം നൽകുന്നു: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ മുകളിലും അഭികാരകങ്ങൾ താഴെയും വരുന്നു, ഓരോ സാന്ദ്രതയും അതിന്റെ ഗുണാങ്കത്തിന്റെ കൃതിയിലേക്ക് ഉയർത്തുന്നു. ഒരു നിരക്ക് നിയമത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഈ പദപ്രയോഗം സമീകൃത സമവാക്യത്തിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് വരുന്നു.

ശുദ്ധ ഖരങ്ങളും ശുദ്ധ ദ്രാവകങ്ങളും ഒഴിവാക്കുന്നു, കാരണം അഭിക്രിയ മുന്നോട്ട് പോകുമ്പോൾ അവയുടെ ഫലപ്രദ സാന്ദ്രത മാറുന്നില്ല. നേർത്ത ജലീയ ലായനിയിലെ ലായകമാകുമ്പോൾ ജലവും ഒഴിവാക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) എന്ന വിഘടനത്തിന് Kc = [CO₂]. ഒരു നിശ്ചിത താപനിലയിൽ, രണ്ട് ഖരങ്ങളുടെയും അളവുകൾ എന്തായാലും, ഖരങ്ങൾക്ക് മുകളിലുള്ള CO₂-ന്റെ സന്തുലന മർദം നിശ്ചിതമാണ്.

കർശനമായി പറഞ്ഞാൽ, യൂണിറ്റുകളില്ലാത്ത ആക്ടിവിറ്റികളിൽ നിന്നാണ് സന്തുലന സ്ഥിരാങ്കം നിർമിക്കുന്നത്, അതിനാൽ K യൂണിറ്റുകളില്ലാതെ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. mol/L-ലുള്ള സാന്ദ്രതകളോ atm-ലോ bar-ലോ ഉള്ള മർദങ്ങളോ ഉപയോഗിക്കുന്നത് പൊതു രസതന്ത്രത്തിലെ സാധാരണ ഏകദേശ രീതിയാണ്.

K-യുടെ വലുപ്പം വായിക്കൽ

വലിയ K എന്നാൽ സന്തുലനത്തിൽ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്കാണ് മുൻതൂക്കം; ചെറിയ K എന്നാൽ അഭികാരകങ്ങൾക്ക്. ഏകദേശ മാർഗനിർദേശമായി, ഏകദേശം 10³-നെക്കാൾ വലിയ K എന്നാൽ അഭിക്രിയ ഏതാണ്ട് പൂർണമാണ്, ഏകദേശം 10⁻³-നെക്കാൾ ചെറിയ K എന്നാൽ വളരെ കുറച്ച് ഉൽപ്പന്നം മാത്രം രൂപപ്പെടുന്നു, ഇടയിലുള്ള മൂല്യങ്ങൾ രണ്ടിന്റെയും ഗണ്യമായ അളവുകളുള്ള ഒരു മിശ്രിതം നൽകുന്നു.

OpenStax വിഭാഗം 13.4, 2000 °C-ൽ N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g)-ന് Kc = 4.1 × 10⁻⁴ നൽകുന്നു. ആ താപനിലയിൽ പോലും സന്തുലനത്തിൽ വായുവിൽ അൽപ്പം NO മാത്രമേയുള്ളൂ. മുറിയിലെ താപനിലയിൽ സ്ഥിരാങ്കം ഇതിലും വളരെ ചെറുതാണ്; അതുകൊണ്ടാണ് അന്തരീക്ഷത്തിൽ നൈട്രജനും ഓക്സിജനും സഹവർത്തിക്കുന്നത്.

K വേഗത്തെക്കുറിച്ച് ഒന്നും പറയുന്നില്ല. വളരെ വലിയ K ഉള്ള ഒരു അഭിക്രിയ പോലും നിരീക്ഷിക്കാനാകാത്തത്ര സാവധാനമാകാം. സന്തുലനത്തിൽ എത്ര വേഗത്തിൽ എത്തുന്നു എന്ന് തീരുമാനിക്കുന്നത് സന്തുലന സ്ഥിരാങ്കമല്ല, ഗതികമാണ്.

ഉദാഹരണം: നൈട്രജൻ ഡൈ ഓക്സൈഡിനും ഡൈനൈട്രജൻ ടെട്രോക്സൈഡിനും Kc-യും Kp-യും

വാതകങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്ന അഭിക്രിയകൾക്ക് സന്തുലന സ്ഥിരാങ്കം ആംശിക മർദങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചും എഴുതാം, അത് Kp നൽകുന്നു. ഇവ രണ്ടും Kp = Kc(RT)^Δn വഴി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അതായത് Kc-യെ RT-യുടെ Δn കൃതി കൊണ്ട് ഗുണിച്ചത്; ഇവിടെ Δn വാതക ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ മോളുകൾ മൈനസ് വാതക അഭികാരകങ്ങളുടെ മോളുകൾ ആണ്, മർദങ്ങൾ atm-ൽ ആകുമ്പോൾ R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹, T കെൽവിനിലും. Δn = 0 ആകുമ്പോൾ Kp, Kc-ക്ക് തുല്യമാണ്.

25 °C-ൽ 1.0 L ഫ്ലാസ്കിൽ വച്ച 0.10 mol NO₂, [NO₂] = 0.016 mol/L, [N₂O₄] = 0.042 mol/L എന്നിവയോടെ സന്തുലനത്തിൽ എത്തുന്നതായി OpenStax വിഭാഗം 13.2 വിവരിക്കുന്നു. പരിശോധനയായി, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, അതിനാൽ എല്ലാ നൈട്രജനും കണക്കിലുണ്ട്. N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g)-ന് Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, രണ്ട് സാർഥക അക്കങ്ങളിൽ.

ഇവിടെ Δn = 2 − 1 = 1, RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. അതിനാൽ മർദങ്ങൾ atm-ൽ ആയി Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15. Δn പോസിറ്റീവും RT 1-നെക്കാൾ വലുതുമായതിനാൽ മൂല്യം Kc-യെക്കാൾ വലുതാണ്.

സമവാക്യം മാറ്റുന്നത് K മാറ്റുന്നു

K സമീകൃത സമവാക്യത്തിൽ നിന്ന് നിർമിക്കുന്നതിനാൽ സമവാക്യത്തിലെ ഏത് മാറ്റവും K-യെ പ്രവചിക്കാവുന്ന വിധത്തിൽ മാറ്റുന്നു. ഹെസ് നിയമത്തിൽ ΔH കൈകാര്യം ചെയ്യാനുള്ള നിയമങ്ങളുടെ സന്തുലന പ്രതിരൂപമാണ് ഈ നിയമങ്ങൾ, സങ്കലനത്തിന് പകരം ഗുണനത്തോടെ.

ഉദാഹരണം. 2000 °C-ൽ Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ഉള്ള N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g)-ൽ നിന്ന് തുടങ്ങുക. അതിനെ തിരിച്ചിടുമ്പോൾ Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ ഉള്ള 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) ലഭിക്കുന്നു. മുന്നോട്ടുള്ള സമവാക്യം പകുതിയാക്കുമ്പോൾ Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² ഉള്ള ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) ലഭിക്കുന്നു. രണ്ടും ചെയ്താൽ, NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g)-ന് Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49.

• സമവാക്യം തിരിച്ചിടുക: പുതിയ K, 1/K ആണ്.
• ഓരോ ഗുണാങ്കത്തെയും n കൊണ്ട് ഗുണിക്കുക: പുതിയ K, Kⁿ ആണ്. സമവാക്യം പകുതിയാക്കുന്നത് വർഗമൂലം എടുക്കുന്നു.
• രണ്ട് സമവാക്യങ്ങൾ കൂട്ടുക: അവയുടെ K മൂല്യങ്ങൾ ഗുണിക്കുക. രണ്ട് K മൂല്യങ്ങളും ഒരേ താപനിലയിലേതായിരിക്കണം.

ദിശ പ്രവചിക്കാൻ Q-യെ K-യുമായി താരതമ്യം ചെയ്യൽ

അഭിക്രിയാ ഹരണഫലമായ Q-ക്ക് K-യുടെ അതേ രൂപമാണ്, പക്ഷേ സന്തുലനത്തിൽ മാത്രമല്ല, ഏത് നിമിഷത്തിലുമുള്ള സാന്ദ്രതകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. Q-യെ K-യുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നത് അഭിക്രിയ ഏത് ദിശയിലേക്ക് പോകണമെന്ന് പറയുന്നു. Q < K ആണെങ്കിൽ ഉൽപ്പന്നം വളരെ കുറവാണ്, അഭിക്രിയ മുന്നോട്ട് പോകുന്നു. Q > K ആണെങ്കിൽ ഉൽപ്പന്നം വളരെ കൂടുതലാണ്, അഭിക്രിയ പിന്നോട്ട് പോകുന്നു. Q = K ആണെങ്കിൽ വ്യൂഹം സന്തുലനത്തിലാണ്.

ഉദാഹരണം. OpenStax വിഭാഗം 13.2, 800 °C-ൽ CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)-ന് Kc = 0.640 നൽകുന്നു. ഒരു മിശ്രിതത്തിൽ [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300, [H₂] = 0.0600 mol/L ഉണ്ട്. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q, K-യെക്കാൾ വലുതാണ്, അതിനാൽ മിശ്രിതം CO-യുടെയും H₂O-യുടെയും ദിശയിലേക്ക് മാറുന്നു.

രണ്ടാമത്തെ മിശ്രിതത്തിന് അതേ CO-ഉം H₂O-ഉം, പക്ഷേ [CO₂] = 0.0200, [H₂] = 0.0250 mol/L ആണ്. ഇപ്പോൾ Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, ഇത് 0.640-നെക്കാൾ കുറവാണ്, അതിനാൽ ഈ മിശ്രിതം മുന്നോട്ട് പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് കൂടുതൽ CO₂-ഉം H₂-ഉം ഉണ്ടാക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം: അളന്ന സന്തുലന മിശ്രിതത്തിൽ നിന്ന് K

ഓരോ മറ്റ് അളവും എങ്ങനെ മാറിയെന്ന് സമീകൃത സമവാക്യം നിശ്ചയിക്കുന്നതിനാൽ, ഒരു സന്തുലന അളവ് അളക്കുന്നത് പലപ്പോഴും K കണ്ടെത്താൻ മതിയാകും. ഇവിടത്തെ ഡാറ്റ ദൃഷ്ടാന്തപരമാണ്. ഒരു നിശ്ചിത താപനിലയിൽ, 0.500 mol PCl₅ ശൂന്യമായ 2.00 L ഫ്ലാസ്കിൽ അടച്ച് PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) എന്ന സന്തുലനത്തിൽ എത്താൻ അനുവദിക്കുന്നു. സന്തുലനത്തിൽ ഫ്ലാസ്കിൽ 0.180 mol Cl₂ ഉണ്ട്.

സാന്ദ്രതകളിൽ കണക്കാക്കുക. പ്രാരംഭ [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L ആണ്, സന്തുലന [Cl₂] 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L ആണ്. രൂപപ്പെടുന്ന ഓരോ മോൾ Cl₂-ഉം ഒരു മോൾ PCl₃-ഉം രൂപപ്പെടുത്തുകയും ഒരു മോൾ PCl₅ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അതിനാൽ [PCl₃] = 0.0900 mol/L, [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. അപ്പോൾ Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. ഈ താപനിലയിൽ PCl₅-ന്റെ 36.0 ശതമാനം വിഘടിച്ചു. സന്തുലന അളവുകൾ നിർധാരണം ചെയ്യേണ്ട പ്രശ്നങ്ങളിലേക്ക് ICE-പട്ടിക ഗൈഡ് ഈ കണക്കെഴുത്ത് വ്യാപിപ്പിക്കുന്നു.

സന്തുലന-പദപ്രയോഗ പിഴവുകൾ

K എഴുതുന്നതിലെയും ഉപയോഗിക്കുന്നതിലെയും മിക്ക പിശകുകളും ഒരു ചെറിയ പരിശോധനാ പട്ടിക പിടികൂടും.

• അഭികാരകങ്ങളെ മുകളിൽ വയ്ക്കൽ. എഴുതിയ സമവാക്യത്തിന് K എപ്പോഴും ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ഹരണം അഭികാരകങ്ങൾ ആണ്.
• ഗുണാങ്കങ്ങളെ ഘാതങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കാതിരിക്കൽ, അല്ലെങ്കിൽ പകരം ഗുണകങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കൽ.
• ഒരു ശുദ്ധ ഖരത്തെയോ ശുദ്ധ ദ്രാവകത്തെയോ ലായക ജലത്തെയോ പദപ്രയോഗത്തിൽ ഉൾപ്പെടുത്തൽ.
• K-യിൽ പ്രാരംഭ സാന്ദ്രതകൾ ഉപയോഗിക്കൽ. സന്തുലന മൂല്യങ്ങൾ മാത്രമേ K-യിൽ വരൂ; മറ്റേത് ഗണവും Q നൽകുന്നു.
• K താപനിലയെ ആശ്രയിക്കുന്നുവെന്ന് മറക്കൽ. ബാധകമായ താപനിലയില്ലാതെ ഒരു K മൂല്യം അർഥശൂന്യമാണ്.
• വാതകങ്ങൾ മാത്രമല്ലാതെ എല്ലാ സ്പീഷീസുകളെയും എണ്ണിയ Δn ഉപയോഗിച്ചോ സെൽഷ്യസിലുള്ള T ഉപയോഗിച്ചോ Kc-യെ Kp ആക്കി മാറ്റൽ.