සමතුලිතතා නියත: K ලිවීම, Q කියවීම සහ Kc, Kp බවට පරිවර්තනය කිරීම

ගතික සමතුලිතතාව: සමාන ශීඝ්‍රතාවලින් ඉදිරි සහ ප්‍රතිලෝම

ප්‍රතිවර්ත ප්‍රතික්‍රියාවක, ඵල ප්‍රතික්‍රියා කර ප්‍රතික්‍රියක නැවත සෑදිය හැක. ඉදිරි ප්‍රතික්‍රියාව ප්‍රතික්‍රියක භාවිත කරන විට එය මන්දගාමී වන අතර, ඵල එකතු වන විට ප්‍රතිලෝම ප්‍රතික්‍රියාව වේගවත් වේ. ශීඝ්‍රතා දෙක සමාන වූ විට සමතුලිතතාවයට ළඟා වේ. එතැන් සිට, ප්‍රතික්‍රියා දෙකම දිගටම සිදු වුවද සාන්ද්‍රණ නියතව පවතී. රසායනඥයින් එය ගතික සමතුලිතතාවයක් ලෙස හඳුන්වා ද්විත්ව ඊතලයකින්, ⇌, ලියන්නේ එබැවිනි.

එකම සමතුලිත සංයුතියට ඕනෑම පැත්තකින් ළඟා විය හැක. පිරිසිදු NO₂ වලින් ආරම්භ වන මුද්‍රා තැබූ ප්ලාස්කුවක් සහ තුල්‍ය පිරිසිදු N₂O₄ ප්‍රමාණයකින් ආරම්භ වන එම පරිමාවේම ප්ලාස්කුවක් එකම උෂ්ණත්වයේ තබා ඇති විට එකම මිශ්‍රණයකින් අවසන් වේ. සමතුලිතතාවයට ළඟා වන්නේ සංවෘත පද්ධතියක පමණි; විවෘත බඳුනකින් CO₂ මෙන් ඵලයක් ගැලවී ගියහොත්, ප්‍රතික්‍රියාව කිසි විටෙක ස්ථාවර නොවේ.

තුලිත සමීකරණයකින් K ප්‍රකාශනය ගොඩනැගීම

aA + bB ⇌ cC + dD සාමාන්‍ය ප්‍රතික්‍රියාවක් සඳහා, ස්කන්ධ ක්‍රියා නියමය මවුලික සාන්ද්‍රණ ඇසුරෙන් සමතුලිතතා නියතය ලබා දෙයි: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). ඵල ඉහළින්ද ප්‍රතික්‍රියක පහළින්ද යන අතර, සෑම සාන්ද්‍රණයක්ම එහි සංගුණකයේ බලයට නංවනු ලැබේ. ශීඝ්‍රතා නියමයක් මෙන් නොව, මෙම ප්‍රකාශනය කෙලින්ම තුලිත සමීකරණයෙන් පැමිණේ.

ප්‍රතික්‍රියාව ඉදිරියට යන විට පිරිසිදු ඝන සහ පිරිසිදු ද්‍රව වල ඵලදායී සාන්ද්‍රණය වෙනස් නොවන බැවින්, ඒවා අත්හරිනු ලැබේ. තනුක ජලීය ද්‍රාවණයක ද්‍රාවකය ජලය වන විට එයද අත්හරිනු ලැබේ. උදාහරණයක් ලෙස, CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) වියෝජනයට Kc = [CO₂] ඇත. දී ඇති උෂ්ණත්වයකදී, ඝන ද්‍රව්‍ය දෙකේ ප්‍රමාණ කුමක් වුවත්, ඝන ද්‍රව්‍ය වලට ඉහළින් ඇති CO₂ හි සමතුලිත පීඩනය නිශ්චිතය.

දැඩි ලෙස ගත් විට, සමතුලිතතා නියතයක් ගොඩනඟනු ලබන්නේ ඒකක නොමැති සක්‍රියතා වලින් වන බැවින්, K ඒකක නොමැතිව වාර්තා කෙරේ. mol/L වලින් සාන්ද්‍රණ හෝ atm හෝ bar වලින් පීඩන භාවිත කිරීම සාමාන්‍ය රසායන විද්‍යාවේ සුපුරුදු ආසන්න කිරීමයි.

K හි විශාලත්වය කියවීම

විශාල K එකක් යනු සමතුලිතතාවයේදී ඵල ප්‍රමුඛ වන බවයි; කුඩා K එකක් යනු ප්‍රතික්‍රියක ප්‍රමුඛ වන බවයි. දළ මාර්ගෝපදේශයක් ලෙස, ආසන්න වශයෙන් 10³ ට වඩා විශාල K යනු ප්‍රතික්‍රියාව සම්පූර්ණ වීමට ආසන්න බවයි, ආසන්න වශයෙන් 10⁻³ ට වඩා කුඩා K යනු ඵල ස්වල්පයක් සෑදෙන බවයි, සහ ඒ අතර අගයන් දෙකෙහිම සැලකිය යුතු ප්‍රමාණ සහිත මිශ්‍රණයක් ලබා දෙයි.

OpenStax 13.4 කොටස 2000 °C හිදී N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) සඳහා Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ලබා දෙයි. එම උෂ්ණත්වයේදී පවා, සමතුලිතතාවයේදී වාතයේ අඩංගු වන්නේ NO ස්වල්පයක් පමණි. කාමර උෂ්ණත්වයේදී නියතය ඊටත් වඩා බොහෝ කුඩා වන අතර, නයිට්‍රජන් සහ ඔක්සිජන් වායුගෝලයේ සහපැවැත්ම ඇත්තේ එබැවිනි.

K වේගය ගැන කිසිවක් නොකියයි. අතිවිශාල K එකක් ඇති ප්‍රතික්‍රියාවක් වුවද නිරීක්ෂණය කිරීමට නොහැකි තරම් මන්දගාමී විය හැක. සමතුලිතතාවයට කෙතරම් ඉක්මනින් ළඟා වේද යන්න තීරණය කරන්නේ සමතුලිතතා නියතය නොව චාලක විද්‍යාවයි.

විසඳූ උදාහරණය: නයිට්‍රජන් ඩයොක්සයිඩ් සහ ඩයිනයිට්‍රජන් ටෙට්‍රොක්සයිඩ් සඳහා Kc සහ Kp

වායු සම්බන්ධ ප්‍රතික්‍රියා සඳහා, සමතුලිතතා නියතය ආංශික පීඩන සමඟද ලිවිය හැකි අතර, Kp ලැබේ. ඒ දෙක Kp = Kc(RT)^Δn මගින් සම්බන්ධ වේ, එනම් Kc, RT හි Δn බලයෙන් ගුණ කළ අගයයි, මෙහි Δn යනු වායුමය ඵල මවුල අඩු කිරීම වායුමය ප්‍රතික්‍රියක මවුල වේ, පීඩන atm වලින් ඇති විට R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹, සහ T කෙල්වින් වලින් වේ. Δn = 0 වන විට, Kp, Kc ට සමාන වේ.

OpenStax 13.2 කොටස 25 °C හිදී 1.0 L ප්ලාස්කුවක තැබූ NO₂ 0.10 mol ක් විස්තර කරන අතර, එය [NO₂] = 0.016 mol/L සහ [N₂O₄] = 0.042 mol/L සමඟ සමතුලිතතාවයට පැමිණේ. පරීක්ෂාවක් ලෙස, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, එබැවින් සියලුම නයිට්‍රජන් ගණනය කර ඇත. N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) සඳහා, Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකකට.

මෙහි Δn = 2 − 1 = 1, සහ RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. එබැවින් atm වලින් පීඩන සමඟ Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15. Δn ධන වන අතර RT 1 ට වඩා විශාල බැවින් අගය Kc ට වඩා විශාලය.

සමීකරණය වෙනස් කිරීම K වෙනස් කරයි

K ගොඩනඟනු ලබන්නේ තුලිත සමීකරණයෙන් බැවින්, සමීකරණයට කරන ඕනෑම වෙනසක් K පුරෝකථනය කළ හැකි ආකාරයකින් වෙනස් කරයි. මෙම රීති හෙස් නියමයේ ΔH හැසිරවීමේ රීතිවලට සමතුලිතතා ප්‍රතිරූපය වන අතර, එකතු කිරීම වෙනුවට ගුණ කිරීම යෙදේ.

විසඳූ උදාහරණය. 2000 °C හිදී N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ වලින් ආරම්භ කරන්න. එය ප්‍රතිවර්තනය කිරීමෙන් Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ සමඟ 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) ලැබේ. ඉදිරි සමීකරණය අඩක් කිරීමෙන් Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² සමඟ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) ලැබේ. දෙකම කිරීමෙන්, NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) හි Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49 වේ.

• සමීකරණය ප්‍රතිවර්තනය කරන්න: නව K යනු 1/K වේ.
• සෑම සංගුණකයක්ම n වලින් ගුණ කරන්න: නව K යනු Kⁿ වේ. සමීකරණය අඩක් කිරීමෙන් වර්ගමූලය ලැබේ.
• සමීකරණ දෙකක් එකතු කරන්න: ඒවායේ K අගයන් ගුණ කරන්න. K අගයන් දෙකම එකම උෂ්ණත්වය සඳහා විය යුතුය.

දිශාව පුරෝකථනය කිරීමට Q, K සමඟ සැසඳීම

ප්‍රතික්‍රියා ලබ්ධිය, Q, හරියටම K හි ආකාරයම ඇති නමුත් සමතුලිතතාවයේදී පමණක් නොව ඕනෑම මොහොතක පවතින සාන්ද්‍රණ භාවිත කරයි. Q, K සමඟ සැසඳීමෙන් ප්‍රතික්‍රියාව යා යුත්තේ කුමන දිශාවටද යන්න ඔබට කියයි. Q < K නම්, ඵල ඉතා අඩු වන අතර, ප්‍රතික්‍රියාව ඉදිරියට යයි. Q > K නම්, ඵල ඉතා වැඩි වන අතර, ප්‍රතික්‍රියාව ප්‍රතිලෝමව යයි. Q = K නම්, පද්ධතිය සමතුලිතතාවයේ පවතී.

විසඳූ උදාහරණය. OpenStax 13.2 කොටස CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) සඳහා 800 °C හිදී Kc = 0.640 ලබා දෙයි. මිශ්‍රණයක [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 සහ [H₂] = 0.0600 mol/L අඩංගු වේ. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q, K ට වඩා විශාල බැවින්, මිශ්‍රණය CO සහ H₂O දෙසට විතැන් වේ.

දෙවන මිශ්‍රණයකට එම CO සහ H₂O ම ඇති නමුත් [CO₂] = 0.0200 සහ [H₂] = 0.0250 mol/L වේ. දැන් Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, එය 0.640 ට වඩා අඩු බැවින්, මෙම මිශ්‍රණය ඉදිරියට ප්‍රතික්‍රියා කර තවත් CO₂ සහ H₂ සාදයි.

විසඳූ උදාහරණය: මනින ලද සමතුලිත මිශ්‍රණයකින් K

තුලිත සමීකරණය අනෙක් සෑම ප්‍රමාණයක්ම වෙනස් වූ ආකාරය නිර්ණය කරන බැවින්, K සොයා ගැනීමට එක් සමතුලිත ප්‍රමාණයක් මැනීම බොහෝ විට ප්‍රමාණවත් වේ. මෙහි ඇති දත්ත නිදර්ශන දත්ත වේ. එක් ස්ථාවර උෂ්ණත්වයකදී, PCl₅ 0.500 mol ක් හිස් 2.00 L ප්ලාස්කුවක මුද්‍රා තබා PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) වෙත ළඟා වීමට ඉඩ හරිනු ලැබේ. සමතුලිතතාවයේදී ප්ලාස්කුවේ Cl₂ 0.180 mol ක් ඇත.

සාන්ද්‍රණ වලින් ගණනය කරන්න. ආරම්භක [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L වන අතර, සමතුලිත [Cl₂] 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L වේ. සෑදෙන සෑම Cl₂ මවුලයක්ම PCl₃ මවුලයක් ද සාදන අතර PCl₅ මවුලයක් භාවිත කරන බැවින්, [PCl₃] = 0.0900 mol/L සහ [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. එවිට Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. මෙම උෂ්ණත්වයේදී, PCl₅ වලින් ප්‍රතිශත 36.0 ක් වියෝජනය විය. ICE-වගු මාර්ගෝපදේශය ඔබ සමතුලිත ප්‍රමාණ සඳහා විසඳිය යුතු ගැටලු වලට මෙම ගිණුම්කරණය දිගු කරයි.

සමතුලිතතා-ප්‍රකාශන වැරදි

කෙටි පිරික්සුම් ලැයිස්තුවකින් K ලිවීමේ සහ භාවිත කිරීමේ බොහෝ වැරදි අල්ලා ගත හැක.

• ප්‍රතික්‍රියක ඉහළින් තැබීම. ලියා ඇති පරිදි සමීකරණය සඳහා K සැමවිටම ප්‍රතික්‍රියක මත ඵල වේ.
• සංගුණක ඝාත ලෙස අත්හැරීම, හෝ ඒ වෙනුවට ඒවා ගුණකාර ලෙස භාවිත කිරීම.
• ප්‍රකාශනයට පිරිසිදු ඝනයක්, පිරිසිදු ද්‍රවයක් හෝ ද්‍රාවක ජලය ඇතුළත් කිරීම.
• K හි ආරම්භක සාන්ද්‍රණ භාවිත කිරීම. K ට අයත් වන්නේ සමතුලිත අගයන් පමණි; වෙනත් ඕනෑම කට්ටලයක් Q ලබා දෙයි.
• K උෂ්ණත්වය මත රඳා පවතින බව අමතක කිරීම. K අගයක් එය අදාළ වන උෂ්ණත්වය නොමැතිව අර්ථශූන්‍ය වේ.
• වායු පමණක් වෙනුවට සියලුම විශේෂ හරහා ගණන් කළ Δn සමඟ, හෝ සෙල්සියස් වලින් T සමඟ Kc, Kp බවට පරිවර්තනය කිරීම.