Mga Equilibrium Constant: Pagsulat han K, Pagbasa han Q ngan Pag-convert han Kc ngadto ha Kp

Dynamic nga equilibrium: forward ngan baliskad ha pariho nga mga rate

Ha reversible nga reaksyon, an mga produkto puyde magreaksyon basi himuon utro an mga reactant. Samtang an forward nga reaksyon nag-uusik han mga reactant nahinay ini, ngan samtang natitipon an mga produkto nadasig an baliskad nga reaksyon. Naaabot an equilibrium kun pariho na an duha nga rate. Tikang hito, an mga konsentrasyon nagpapabilin nga konstante bisan kun nagpapadayon an duha nga reaksyon. Amo nga gintatawag ini han mga kimiko nga dynamic nga equilibrium ngan ginsusulat gamit an doble nga pana, ⇌.

An pariho nga komposisyon ha equilibrium puyde maabot tikang ha bisan hain nga kilid. An sirado nga flask nga nagsisugod ha putli nga NO₂ ngan an usa nga pariho an volume nga nagsisugod ha katumbas nga kadamo han putli nga N₂O₄ natatapos ha pariho nga sagol kun gintitipig ha pariho nga temperatura. An equilibrium naaabot la ha sirado nga sistema; kun may produkto nga nakakagawas, sugad han CO₂ tikang ha bukas nga sudlanan, an reaksyon diri gud natatarong.

Pagtukod han ekspresyon han K tikang ha balanse nga ekwasyon

Para ha heneral nga reaksyon nga aA + bB ⇌ cC + dD, an law of mass action naghahatag han equilibrium constant sumala ha molar nga mga konsentrasyon: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ). An mga produkto aada ha ibabaw, an mga reactant ha ubos, ngan an kada konsentrasyon ginpapataas ha puwersa han koepisyente hini. Diri sugad han rate law, ini nga ekspresyon direkta tikang ha balanse nga ekwasyon.

An putli nga mga solido ngan putli nga mga likido diri ginlalakip, tungod kay an ira epektibo nga konsentrasyon diri nagbabag-o samtang nagpapadayon an reaksyon. An tubig diri liwat ginlalakip kun ini an solvent ha gin-palabnaw nga aqueous nga solusyon. Pananglitan, an decomposition nga CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) may Kc = [CO₂]. Ha hatag nga temperatura, an presyon han CO₂ ha equilibrium ha ibabaw han mga solido takdo, bisan ano an kadamo han duha nga solido.

Ha istrikto nga pagsabot, an equilibrium constant gintutukod tikang ha mga activity, nga waray mga yunit, salit an K gin-rereport nga waray mga yunit. An paggamit hin mga konsentrasyon ha mol/L o mga presyon ha atm o bar amo an kasagaran nga approximation ha general chemistry.

Pagbasa han kadako han K

An dako nga K nagkahulogan nga ha equilibrium an mga produkto an nangunguna; an gutiay nga K nagkahulogan nga an mga reactant an nangunguna. Sugad nga tinatayang giya, an K nga labaw ha mga 10³ nagkahulogan nga harani na kompleto an reaksyon, an K nga gutiay pa kay ha mga 10⁻³ nagkahulogan nga gutiay la nga produkto an nahihimo, ngan an mga bili tali hini naghahatag hin sagol nga may mahinungdanon nga kadamo han duha.

An OpenStax section 13.4 naghahatag hin Kc = 4.1 × 10⁻⁴ para ha N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) ha 2000 °C. Bisan hito nga temperatura, an hangin may-ada la gutiay nga NO ha equilibrium. Ha temperatura han kwarto an constant mas gutiay pa gud, amo nga an nitrogen ngan oxygen nag-uupod ha atmospera.

An K waray igsasabot mahitungod ha kadasig. An reaksyon nga may dako gud nga K puyde gihapon sobra kahinay basi maobserbahan. An kinetics, diri an equilibrium constant, an nagdedesisyon kun gaano kadasig maaabot an equilibrium.

Halimbawa nga gin-solbar: Kc ngan Kp para ha nitrogen dioxide ngan dinitrogen tetroxide

Para ha mga reaksyon nga may kalakip nga mga gas, an equilibrium constant puyde liwat isulat gamit an mga partial pressure, nga naghahatag han Kp. An duha nagkakasumpay pinaagi han Kp = Kc(RT)^Δn, nga nagkahulogan han Kc nga ginmultiplikar ha RT nga ginpataas ha puwersa nga Δn, kun diin an Δn amo an mga mole han gaseous nga mga produkto minus an mga mole han gaseous nga mga reactant, R = 0.08206 L atm mol⁻¹ K⁻¹ kun an mga presyon ha atm, ngan an T ha mga kelvin. Kun Δn = 0, an Kp katumbas han Kc.

An OpenStax section 13.2 naghuhulagway hin 0.10 mol han NO₂ nga ginbutang ha 1.0 L nga flask ha 25 °C, nga naabot ha equilibrium nga may [NO₂] = 0.016 mol/L ngan [N₂O₄] = 0.042 mol/L. Sugad nga pagsusi, 0.016 + 2(0.042) = 0.100 mol/L, salit an ngatanan nga nitrogen naasoy. Para ha N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), Kc = [NO₂]²/[N₂O₄] = (0.016)² / 0.042 = 6.1 × 10⁻³, ha duha nga mahinungdanon nga digit.

Dinhi Δn = 2 − 1 = 1, ngan RT = 0.08206 × 298.15 = 24.47. Salit Kp = (6.1 × 10⁻³)(24.47) = 0.15, nga an mga presyon ha atm. An bili mas dako kay ha Kc tungod kay positibo an Δn ngan an RT mas dako kay ha 1.

An pagbag-o han ekwasyon nagbabag-o han K

Tungod kay an K gintutukod tikang ha balanse nga ekwasyon, an bisan ano nga pagbag-o ha ekwasyon nagbabag-o han K ha matatagna nga paagi. Ini nga mga lagda amo an katugbang ha equilibrium han mga lagda ha pagmaniobra han ΔH ha balaod ni Hess, nga multiplikasyon imbes nga pagdugang.

Halimbawa nga gin-solbar. Magsugod tikang ha N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), Kc = 4.1 × 10⁻⁴ ha 2000 °C. An pagbaliskad hini naghahatag hin 2 NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g) nga may Kc = 1/(4.1 × 10⁻⁴) = 2.4 × 10³. An pagbahin ha katunga han forward nga ekwasyon naghahatag hin ½ N₂(g) + ½ O₂(g) ⇌ NO(g) nga may Kc = √(4.1 × 10⁻⁴) = 2.0 × 10⁻². Kun buhaton an duha, an NO(g) ⇌ ½ N₂(g) + ½ O₂(g) may Kc = 1/√(4.1 × 10⁻⁴) = 49.

• Baliskara an ekwasyon: an bag-o nga K amo an 1/K.
• Imultiplikar an kada koepisyente ha n: an bag-o nga K amo an Kⁿ. An pagbahin ha katunga han ekwasyon nagkukuha han square root.
• Dugangi an duha nga ekwasyon: imultiplikar an ira mga bili han K. An duha nga bili han K kinahanglan para ha pariho nga temperatura.

Pagkumpara han Q ha K basi tagnaon an direksyon

An reaction quotient, Q, may eksakto nga pariho nga porma sugad han K kundi naggagamit han mga konsentrasyon nga aada ha bisan ano nga higayon, diri la ha equilibrium. An pagkumpara han Q ha K nagsisiring ha imo kun hain nga direksyon kinahanglan makadto an reaksyon. Kun Q < K, sobra kagutiay an produkto, ngan an reaksyon nagpapadayon paabante. Kun Q > K, sobra kadamo an produkto, ngan an reaksyon nagpapadayon pabaliskad. Kun Q = K, an sistema aada ha equilibrium.

Halimbawa nga gin-solbar. An OpenStax section 13.2 naghahatag hin Kc = 0.640 ha 800 °C para ha CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g). An sagol may sulod nga [CO] = 0.0500, [H₂O] = 0.0400, [CO₂] = 0.0300 ngan [H₂] = 0.0600 mol/L. Q = (0.0300)(0.0600) / [(0.0500)(0.0400)] = 0.00180/0.00200 = 0.900. An Q mas dako kay ha K, salit an sagol nabalhin paingod ha CO ngan H₂O.

An ikaduha nga sagol may pariho nga CO ngan H₂O kundi [CO₂] = 0.0200 ngan [H₂] = 0.0250 mol/L. Karon Q = (0.0200)(0.0250)/(0.00200) = 0.250, nga mas gutiay kay ha 0.640, salit ini nga sagol nagrereaksyon paabante ngan naghihimo hin dugang nga CO₂ ngan H₂.

Halimbawa nga gin-solbar: K tikang ha ginsukod nga sagol ha equilibrium

An pagsukod hin usa nga kadamo ha equilibrium kasagaran igo na basi makita an K, tungod kay an balanse nga ekwasyon an nagtatakda kun paonan-o nagbag-o an kada iba nga kadamo. An datos dinhi ilustratibo. Ha usa nga takdo nga temperatura, 0.500 mol han PCl₅ an ginsirado ha waray sulod nga 2.00 L nga flask ngan ginpabay-an nga makaabot ha PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g). Ha equilibrium an flask may sulod nga 0.180 mol han Cl₂.

Pagbuhat ha mga konsentrasyon. An sinugdan nga [PCl₅] amo an 0.500 mol / 2.00 L = 0.250 mol/L, ngan an [Cl₂] ha equilibrium amo an 0.180 mol / 2.00 L = 0.0900 mol/L. An kada mole han Cl₂ nga nahimo naghihimo liwat hin usa nga mole han PCl₃ ngan nag-uusik hin usa nga mole han PCl₅, salit [PCl₃] = 0.0900 mol/L ngan [PCl₅] = 0.250 − 0.0900 = 0.160 mol/L. Kun sugad Kc = (0.0900)(0.0900)/0.160 = 0.0506. Hini nga temperatura, 36.0 porsyento han PCl₅ an na-decompose. An giya han ICE table nagpapalapad hini nga pagrekord ngadto ha mga problema kun diin kinahanglan mo solbaron an mga kadamo ha equilibrium.

Mga sayop ha ekspresyon han equilibrium

An halipot nga checklist nakakadakop han kadam-an nga sayop ha pagsulat ngan paggamit han K.

• Pagbutang han mga reactant ha ibabaw. An K kanunay mga produkto ha ibabaw han mga reactant para ha ekwasyon sugad han pagkasulat.
• Pagbilin han mga koepisyente sugad nga mga exponent, o paggamit hini sugad nga mga multiplier imbes.
• Paglakip hin putli nga solido, putli nga likido o solvent nga tubig ha ekspresyon.
• Paggamit han sinugdan nga mga konsentrasyon ha K. An mga bili ha equilibrium la an nahisasakop ha K; an bisan ano nga iba nga set naghahatag hin Q.
• Pagkalimot nga an K nagdepende ha temperatura. An bili han K waray kahulogan kun waray an temperatura nga ginpapadapatan hini.
• Pag-convert han Kc ngadto ha Kp nga an Δn gin-ihap ha ngatanan nga species imbes nga ha mga gas la, o nga an T ha Celsius.