साम्यावस्था स्थिरांक: K लेख्ने, Q पढ्ने र Kc लाई Kp मा बदल्ने

गतिशील साम्यावस्था: अग्र र उल्टो बराबर दरमा

उत्क्रमणीय अभिक्रियामा उत्पादले अभिक्रिया गरेर फेरि अभिकारक बनाउन सक्छन्। अग्र अभिक्रियाले अभिकारक खपत गर्दै जाँदा यो ढिलो हुन्छ, र उत्पाद जम्मा हुँदै जाँदा उल्टो अभिक्रिया छिटो हुन्छ। दुई दर बराबर हुँदा साम्यावस्थामा पुगिन्छ। त्यसपछि दुवै अभिक्रिया जारी रहे पनि सान्द्रता स्थिर रहन्छन्। त्यसैले रसायनशास्त्रीहरू यसलाई गतिशील साम्यावस्था भन्छन् र दोहोरो तीर, ⇌, ले लेख्छन्।

उही साम्यावस्थाको संरचना कुनै पनि तर्फबाट पुग्न सकिन्छ। शुद्ध NO₂ बाट सुरु हुने बन्द फ्लास्क र बराबर परिमाणको शुद्ध N₂O₄ बाट सुरु हुने उही आयतनको फ्लास्क उही तापक्रममा राख्दा उही मिश्रणमा टुङ्गिन्छन्। साम्यावस्था बन्द प्रणालीमा मात्र पुगिन्छ; खुला भाँडाबाट CO₂ निस्केझैँ उत्पाद बाहिर निस्कियो भने अभिक्रिया कहिल्यै स्थिर हुँदैन।

सन्तुलित समीकरणबाट K को अभिव्यक्ति बनाउने

सामान्य अभिक्रिया aA + bB ⇌ cC + dD का लागि द्रव्यमान क्रियाको नियमले मोलर सान्द्रताका आधारमा साम्यावस्था स्थिरांक दिन्छ: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ)। उत्पाद माथि, अभिकारक तल जान्छन्, र प्रत्येक सान्द्रतामा यसको गुणाङ्कको घात लगाइन्छ। दर नियमजस्तो नभई यो अभिव्यक्ति सिधै सन्तुलित समीकरणबाट आउँछ।

शुद्ध ठोस र शुद्ध तरल छोडिन्छन्, किनभने अभिक्रिया अघि बढ्दा तिनको प्रभावकारी सान्द्रता बदलिँदैन। तनु जलीय विलयनमा विलायक भएको पानी पनि छोडिन्छ। उदाहरणका लागि, विघटन CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) को Kc = [CO₂] हुन्छ। दिइएको तापक्रममा ठोसमाथि CO₂ को साम्यावस्था चाप, दुई ठोसको परिमाण जति भए पनि, निश्चित हुन्छ।

कडाइका साथ भन्दा साम्यावस्था स्थिरांक सक्रियताबाट बनाइन्छ, जसको कुनै एकाइ हुँदैन, त्यसैले K एकाइविना प्रतिवेदन गरिन्छ। mol/L मा सान्द्रता वा atm वा bar मा चाप प्रयोग गर्नु सामान्य रसायनशास्त्रमा प्रचलित अनुमान हो।

K को परिमाण पढ्ने

ठूलो K को अर्थ साम्यावस्थामा उत्पाद हावी हुन्छन्; सानो K को अर्थ अभिकारक हावी हुन्छन्। मोटामोटी निर्देशकका रूपमा, करिब 10³ भन्दा ठूलो K को अर्थ अभिक्रिया लगभग पूर्ण हुन्छ, करिब 10⁻³ भन्दा सानो K को अर्थ थोरै उत्पाद बन्छ, र बीचका मानले दुवैको उल्लेखनीय परिमाण भएको मिश्रण दिन्छन्।

OpenStax खण्ड 13.4 ले 2000 °C मा N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) का लागि Kc = 4.1 × 10⁻⁴ दिन्छ। त्यो तापक्रममा पनि साम्यावस्थामा हावामा थोरै मात्र NO हुन्छ। कोठाको तापक्रममा स्थिरांक अझ धेरै सानो हुन्छ, त्यसैले नाइट्रोजन र अक्सिजन वायुमण्डलमा सँगै रहन्छन्।

K ले गतिबारे केही भन्दैन। निकै ठूलो K भएको अभिक्रिया पनि देख्न नसकिने गरी ढिलो हुन सक्छ। साम्यावस्था कति छिटो पुगिन्छ भन्ने कुरा साम्यावस्था स्थिरांकले होइन, गतिकीले निर्धारण गर्छ।

हल गरिएको उदाहरण: नाइट्रोजन डाइअक्साइड र डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइडका लागि Kc र Kp

ग्यास संलग्न अभिक्रियाका लागि साम्यावस्था स्थिरांक आंशिक चापबाट पनि लेख्न सकिन्छ, जसले Kp दिन्छ। दुवै Kp = Kc(RT)^Δn ले सम्बन्धित छन्, जसको अर्थ Kc लाई RT को घात Δn ले गुणन गर्नु हो, जहाँ Δn ग्यासीय उत्पादको मोल घटाउ ग्यासीय अभिकारकको मोल हो, चाप atm मा हुँदा R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹, र T केल्भिनमा हुन्छ। Δn = 0 हुँदा Kp Kc बराबर हुन्छ।

OpenStax खण्ड 13.2 ले 25 °C मा 1.0 L फ्लास्कमा राखिएको 0.10 mol NO₂ को वर्णन गर्छ, जुन [NO₂] = 0.016 mol/L र [N₂O₄] = 0.042 mol/L सहित साम्यावस्थामा पुग्छ। जाँचका रूपमा, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, त्यसैले सबै नाइट्रोजनको हिसाब मिल्छ। N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) का लागि Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, दुई सार्थक अंकमा।

यहाँ Δn = 2 − 1 = 1, र RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47। त्यसैले चाप atm मा हुँदा Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15। Δn धनात्मक र RT 1 भन्दा ठूलो भएकाले मान Kc भन्दा ठूलो छ।

समीकरण बदल्दा K बदलिन्छ

K सन्तुलित समीकरणबाट बनाइने भएकाले समीकरणमा गरिने कुनै पनि परिवर्तनले K लाई अनुमान गर्न सकिने तरिकाले बदल्छ। यी नियम हेसको नियममा ΔH मिलाउने नियमका साम्यावस्था-समकक्ष हुन्, जोडको सट्टा गुणनसहित।

हल गरिएको उदाहरण। 2000 °C मा N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ बाट सुरु गर्नुहोस्। यसलाई उल्टाउँदा Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ सहित 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) आउँछ। अग्र समीकरणलाई आधा गर्दा Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² सहित ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) आउँछ। दुवै गर्दा NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) को Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49 हुन्छ।

• समीकरण उल्टाउनुहोस्: नयाँ K 1/K हुन्छ।
• हरेक गुणाङ्कलाई n ले गुणन गर्नुहोस्: नयाँ K Kⁿ हुन्छ। समीकरण आधा गर्दा वर्गमूल लिइन्छ।
• दुई समीकरण जोड्नुहोस्: तिनका K मान गुणन गर्नुहोस्। दुवै K मान उही तापक्रमका हुनुपर्छ।

दिशा अनुमान गर्न Q लाई K सँग तुलना गर्ने

अभिक्रिया भागफल, Q, को रूप ठ्याक्कै K कै जस्तो हुन्छ तर यसले साम्यावस्थामा मात्र होइन, कुनै पनि क्षणमा उपस्थित सान्द्रता प्रयोग गर्छ। Q लाई K सँग तुलना गर्दा अभिक्रिया कुन दिशामा जानुपर्छ भनी थाहा हुन्छ। Q < K भए उत्पाद निकै कम हुन्छ, र अभिक्रिया अग्र दिशामा अघि बढ्छ। Q > K भए उत्पाद निकै बढी हुन्छ, र अभिक्रिया उल्टो दिशामा अघि बढ्छ। Q = K भए प्रणाली साम्यावस्थामा हुन्छ।

हल गरिएको उदाहरण। OpenStax खण्ड 13.2 ले CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) का लागि 800 °C मा Kc = 0.640 दिन्छ। एउटा मिश्रणमा [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 र [H₂] = 0.0600 mol/L छन्। Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900। Q K भन्दा ठूलो छ, त्यसैले मिश्रण CO र H₂O तर्फ सर्छ।

दोस्रो मिश्रणमा उही CO र H₂O छन् तर [CO₂] = 0.0200 र [H₂] = 0.0250 mol/L छन्। अब Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, जुन 0.640 भन्दा कम छ, त्यसैले यो मिश्रणले अग्र दिशामा अभिक्रिया गर्छ र थप CO₂ र H₂ बनाउँछ।

हल गरिएको उदाहरण: मापन गरिएको साम्यावस्था मिश्रणबाट K

एउटा साम्यावस्था परिमाण मापन गर्नु प्रायः K पत्ता लगाउन पर्याप्त हुन्छ, किनभने सन्तुलित समीकरणले अरू हरेक परिमाण कसरी बदलियो भनी तय गर्छ। यहाँका तथ्याङ्क दृष्टान्त हुन्। एउटा निश्चित तापक्रममा 0.500 mol PCl₅ लाई खाली 2.00 L फ्लास्कमा बन्द गरिन्छ र PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) मा पुग्न दिइन्छ। साम्यावस्थामा फ्लास्कमा 0.180 mol Cl₂ हुन्छ।

सान्द्रतामा काम गर्नुहोस्। सुरुको [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L हो, र साम्यावस्थाको [Cl₂] 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L हो। बनेको प्रत्येक मोल Cl₂ ले एक मोल PCl₃ पनि बनाउँछ र एक मोल PCl₅ खपत गर्छ, त्यसैले [PCl₃] = 0.0900 mol/L र [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L। त्यसपछि Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506। यो तापक्रममा PCl₅ को 36.0 प्रतिशत विघटित भयो। ICE-तालिका मार्गदर्शनले यो हिसाबलाई साम्यावस्थाका परिमाण हल गर्नुपर्ने समस्यासम्म विस्तार गर्छ।

साम्यावस्था अभिव्यक्तिका गल्ती

छोटो जाँचसूचीले K लेख्ने र प्रयोग गर्ने अधिकांश त्रुटि समात्छ।

• अभिकारकलाई माथि राख्नु। लेखिएको समीकरणका लागि K सधैँ उत्पाद भाग अभिकारक हुन्छ।
• गुणाङ्कलाई घातका रूपमा छुटाउनु, वा बरु गुणकका रूपमा प्रयोग गर्नु।
• अभिव्यक्तिमा शुद्ध ठोस, शुद्ध तरल वा विलायक पानी समावेश गर्नु।
• K मा सुरुका सान्द्रता प्रयोग गर्नु। K मा साम्यावस्थाका मान मात्र पर्छन्; अरू कुनै समूहले Q दिन्छ।
• K तापक्रममा निर्भर गर्छ भन्ने बिर्सनु। K को मान यो लागू हुने तापक्रमविना अर्थहीन हुन्छ।
• Kc लाई Kp मा बदल्दा Δn ग्यास मात्र नभई सबै स्पेसिजमा गन्नु, वा T सेल्सियसमा राख्नु।