Muvozanat doimiylari: K ni yozish, Q ni o'qish va Kc ni Kp ga o'tkazish

Dinamik muvozanat: to'g'ri va teskari reaksiyalar teng tezlikda

Qaytar reaksiyada mahsulotlar reaksiyaga kirishib, reagentlarni qayta hosil qilishi mumkin. To'g'ri reaksiya reagentlarni sarflagan sari sekinlashadi, mahsulotlar to'plangan sari esa teskari reaksiya tezlashadi. Ikki tezlik tenglashganda muvozanatga erishiladi. Shundan keyin ikkala reaksiya davom etsa ham konsentratsiyalar o'zgarmay qoladi. Shuning uchun kimyogarlar uni dinamik muvozanat deb ataydi va ikki tomonlama strelka ⇌ bilan yozadi.

Bir xil muvozanat tarkibiga ikkala tomondan ham erishish mumkin. Toza NO₂ bilan boshlangan yopiq kolba va ekvivalent miqdordagi toza N₂O₄ bilan boshlangan xuddi shunday hajmdagi kolba bir xil haroratda saqlansa, bir xil aralashmaga keladi. Muvozanatga faqat yopiq sistemada erishiladi; agar mahsulot, masalan ochiq idishdan CO₂ chiqib ketsa, reaksiya hech qachon barqarorlashmaydi.

Tenglashtirilgan tenglamadan K ifodasini tuzish

Umumiy aA + bB ⇌ cC + dD reaksiyasi uchun massalar ta'siri qonuni muvozanat doimiysini molyar konsentratsiyalar orqali beradi: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). Mahsulotlar suratga, reagentlar maxrajga yoziladi va har bir konsentratsiya o'z koeffitsiyenti darajasiga ko'tariladi. Tezlik qonunidan farqli o'laroq, bu ifoda to'g'ridan-to'g'ri tenglashtirilgan tenglamadan olinadi.

Toza qattiq moddalar va toza suyuqliklar kiritilmaydi, chunki reaksiya borishi bilan ularning samarali konsentratsiyasi o'zgarmaydi. Suyultirilgan suvli eritmada erituvchi bo'lgan suv ham kiritilmaydi. Masalan, CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) parchalanishi uchun Kc = [CO₂]. Berilgan haroratda qattiq moddalar ustidagi CO₂ ning muvozanat bosimi ikki qattiq moddaning miqdoridan qat'i nazar aniq belgilangan.

Qat'iy aytganda, muvozanat doimiysi birliksiz bo'lgan faolliklardan tuziladi, shuning uchun K birliklarsiz yoziladi. Konsentratsiyalarni mol/L da yoki bosimlarni atm yoki bar da ishlatish umumiy kimyoda odatiy yaqinlashtirish.

K ning kattaligini o'qish

Katta K muvozanatda mahsulotlar ustunlik qilishini bildiradi; kichik K esa reagentlar ustunlik qilishini bildiradi. Taxminiy yo'l-yo'riq sifatida, taxminan 10³ dan katta K reaksiya deyarli oxirigacha borishini, taxminan 10⁻³ dan kichik K kam mahsulot hosil bo'lishini bildiradi, oradagi qiymatlar esa ikkalasining ham sezilarli miqdorli aralashmasini beradi.

OpenStax ning 13.4 bo'limi 2000 °C da N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) uchun Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ni beradi. Hatto shu haroratda ham muvozanatda havoda ozgina NO bo'ladi. Xona haroratida doimiy bundan ham ancha kichik, shuning uchun azot va kislorod atmosferada birga mavjud.

K tezlik haqida hech narsa demaydi. Juda katta K ga ega reaksiya ham kuzatish uchun juda sekin bo'lishi mumkin. Muvozanatga qanchalik tez erishilishini muvozanat doimiysi emas, kinetika hal qiladi.

Yechilgan misol: azot dioksid va diazot tetroksid uchun Kc va Kp

Gazlar ishtirokidagi reaksiyalar uchun muvozanat doimiysini parsial bosimlar bilan ham yozish mumkin, bu Kp ni beradi. Ikkalasi Kp = Kc(RT)^Δn orqali bog'langan, ya'ni Kc RT ning Δn darajasiga ko'paytiriladi, bunda Δn — gazsimon mahsulotlar mollaridan gazsimon reagentlar mollari ayirmasi, bosimlar atm da bo'lganda R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹, T esa kelvinlarda. Δn = 0 bo'lganda Kp Kc ga teng.

OpenStax ning 13.2 bo'limida 25 °C da 1.0 L kolbaga joylashtirilgan 0.10 mol NO₂ tasvirlangan, u [NO₂] = 0.016 mol/L va [N₂O₄] = 0.042 mol/L bilan muvozanatga keladi. Tekshiruv sifatida, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, demak barcha azot hisobga olingan. N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) uchun Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, ikkita muhim raqamgacha.

Bu yerda Δn = 2 − 1 = 1 va RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. Demak, bosimlar atm da bo'lganda Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15. Qiymat Kc dan katta, chunki Δn musbat va RT 1 dan katta.

Tenglamani o'zgartirish K ni o'zgartiradi

K tenglashtirilgan tenglamadan tuzilgani uchun tenglamadagi har qanday o'zgarish K ni oldindan aytib bo'ladigan tarzda o'zgartiradi. Bu qoidalar Gess qonunida ΔH ustidagi amallar qoidalarining muvozanatdagi muqobili, faqat qo'shish o'rniga ko'paytirish bilan.

Yechilgan misol. 2000 °C da N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ dan boshlang. Uni teskari qilish Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³ bilan 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) ni beradi. To'g'ri tenglamani yarmiga bo'lish Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻² bilan ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) ni beradi. Ikkalasini bajarsak, NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) uchun Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49.

• Tenglamani teskari qiling: yangi K bu 1/K.
• Har bir koeffitsiyentni n ga ko'paytiring: yangi K bu Kⁿ. Tenglamani yarmiga bo'lish kvadrat ildiz oladi.
• Ikki tenglamani qo'shing: ularning K qiymatlarini ko'paytiring. Ikkala K qiymati ham bir xil harorat uchun bo'lishi kerak.

Yo'nalishni oldindan aytish uchun Q ni K bilan taqqoslash

Reaksiya nisbati Q aynan K bilan bir xil shaklga ega, lekin faqat muvozanatdagi emas, istalgan paytdagi konsentratsiyalardan foydalanadi. Q ni K bilan taqqoslash reaksiya qaysi tomonga borishi kerakligini aytadi. Agar Q < K bo'lsa, mahsulot juda kam va reaksiya to'g'ri yo'nalishda boradi. Agar Q > K bo'lsa, mahsulot juda ko'p va reaksiya teskari yo'nalishda boradi. Agar Q = K bo'lsa, sistema muvozanatda.

Yechilgan misol. OpenStax ning 13.2 bo'limi 800 °C da CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) uchun Kc = 0.640 ni beradi. Aralashmada [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 va [H₂] = 0.0600 mol/L. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. Q K dan katta, shuning uchun aralashma CO va H₂O tomonga siljiydi.

Ikkinchi aralashmada CO va H₂O xuddi shunday, lekin [CO₂] = 0.0200 va [H₂] = 0.0250 mol/L. Endi Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, bu 0.640 dan kichik, shuning uchun bu aralashma to'g'ri yo'nalishda reaksiyaga kirishib, ko'proq CO₂ va H₂ hosil qiladi.

Yechilgan misol: o'lchangan muvozanat aralashmasidan K

Bitta muvozanat miqdorini o'lchash ko'pincha K ni topish uchun yetarli, chunki tenglashtirilgan tenglama qolgan har bir miqdor qanday o'zgarganini belgilaydi. Bu yerdagi ma'lumotlar namunaviy. Bitta o'zgarmas haroratda 0.500 mol PCl₅ bo'sh 2.00 L kolbaga germetik joylanadi va PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) muvozanatiga yetishiga imkon beriladi. Muvozanatda kolbada 0.180 mol Cl₂ bor.

Konsentratsiyalarda ishlang. Boshlang'ich [PCl₅] 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L, muvozanatdagi [Cl₂] esa 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L. Hosil bo'lgan har bir mol Cl₂ bir mol PCl₃ ni ham hosil qiladi va bir mol PCl₅ ni sarflaydi, shuning uchun [PCl₃] = 0.0900 mol/L va [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. Unda Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. Bu haroratda PCl₅ ning 36.0 foizi parchalangan. ICE jadvallari qo'llanmasi bu hisobni muvozanat miqdorlarini topish kerak bo'lgan masalalarga kengaytiradi.

Muvozanat ifodasidagi xatolar

Qisqa tekshiruv ro'yxati K ni yozish va ishlatishdagi ko'pchilik xatolarni aniqlaydi.

• Reagentlarni suratga qo'yish. Yozilgan tenglama uchun K har doim mahsulotlarning reagentlarga nisbati.
• Koeffitsiyentlarni daraja ko'rsatkichi sifatida tushirib qoldirish yoki ularni o'rniga ko'paytuvchi sifatida ishlatish.
• Ifodaga toza qattiq modda, toza suyuqlik yoki erituvchi suvni kiritish.
• K da boshlang'ich konsentratsiyalardan foydalanish. K ga faqat muvozanat qiymatlari kiradi; boshqa har qanday to'plam Q ni beradi.
• K haroratga bog'liqligini unutish. K qiymati u taalluqli bo'lgan haroratsiz ma'nosiz.
• Kc ni Kp ga o'tkazishda Δn ni faqat gazlar bo'yicha emas, barcha zarrachalar bo'yicha sanash yoki T ni Selsiyda olish.