ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาจะถูกกำหนดอย่างไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• การคำนวณค่าคงที่สมดุล
• อุณหภูมิมีผลต่อค่าคงที่สมดุลอย่างไร

ปฏิกิริยาที่พลิกกลับได้เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทาง แต่ปฏิกิริยาที่สามารถพลิกกลับได้ทุกครั้งจะตกลงไปที่ตำแหน่ง“ สมดุล” หากคุณต้องการอธิบายลักษณะสมดุลของปฏิกิริยาดังกล่าวค่าคงที่สมดุลอธิบายถึงความสมดุลระหว่างผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น การคำนวณค่าคงที่สมดุลต้องใช้ความรู้เกี่ยวกับความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นในปฏิกิริยาเมื่ออยู่ในสภาวะสมดุล ค่าของค่าคงที่ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและไม่ว่าจะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือความร้อน

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

สำหรับปฏิกิริยาทั่วไป:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

ที่นี่อักษรตัวพิมพ์เล็กคือจำนวนโมลของแต่ละตัวอักษรตัวพิมพ์ใหญ่ยืนสำหรับส่วนประกอบทางเคมีของปฏิกิริยาและตัวอักษรในวงเล็บเป็นตัวแทนของสสาร คุณพบค่าคงที่สมดุลของความเข้มข้นด้วยนิพจน์:

K_ค = ^{ก. ชั่วโมง} ÷ ^ข

สำหรับปฏิกิริยาคายความร้อนการเพิ่มอุณหภูมิจะลดค่าของค่าคงที่และสำหรับปฏิกิริยาคายความร้อนการเพิ่มอุณหภูมิจะเพิ่มค่าของค่าคงที่

การคำนวณค่าคงที่สมดุล

สูตรสำหรับค่าคงที่สมดุลทำให้การอ้างอิงถึงปฏิกิริยา“ เป็นเนื้อเดียวกัน” ทั่วไป (โดยที่สถานะของสสารสำหรับผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นเหมือนกัน) ซึ่งก็คือ:

aA (g) + bB (g) ⇌ gG (g) + hH (g)

เมื่อตัวอักษรตัวพิมพ์เล็กแสดงถึงจำนวนโมลของแต่ละองค์ประกอบในปฏิกิริยาและตัวอักษรตัวพิมพ์ใหญ่ยืนสำหรับสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาและตัวอักษร (g) ในวงเล็บแสดงถึงสถานะของสสาร (แก๊สในกรณีนี้) )

นิพจน์ต่อไปนี้จะกำหนดค่าคงที่สมดุลของความเข้มข้น (K_ค):

K_ค = ^{ก. ชั่วโมง} ÷ ^ข

ที่นี่วงเล็บเหลี่ยมมีไว้สำหรับความเข้มข้น (เป็นโมลต่อลิตร) สำหรับส่วนประกอบแต่ละส่วนของปฏิกิริยาที่สมดุล โปรดทราบว่าโมลของแต่ละองค์ประกอบในปฏิกิริยาดั้งเดิมตอนนี้เป็นเลขชี้กำลังในการแสดงออก หากปฏิกิริยาตอบสนองต่อผลิตภัณฑ์ผลลัพธ์จะมากกว่า 1 หากตอบสนองต่อสารตั้งต้นมันจะน้อยกว่า 1

สำหรับปฏิกิริยาที่ไม่เหมือนกันการคำนวณจะเหมือนกันยกเว้นของแข็งของเหลวบริสุทธิ์และตัวทำละลายล้วนนับเป็น 1 ในการคำนวณ

ค่าคงที่สมดุลของความดัน (K_พี) คล้ายกันมาก แต่ใช้สำหรับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ แทนที่จะใช้ความเข้มข้นมันใช้แรงกดดันบางส่วนของแต่ละองค์ประกอบ:

K_พี = p_G^ก. พี_H^{ชั่วโมง} ÷หน้า พี_B^ข

ที่นี่ (หน้า_G) คือความดันขององค์ประกอบ (G) และอื่น ๆ และตัวอักษรตัวพิมพ์เล็กแสดงถึงจำนวนโมลในสมการของปฏิกิริยา

คุณทำการคำนวณเหล่านี้ด้วยวิธีที่คล้ายกัน แต่ขึ้นอยู่กับว่าคุณรู้ปริมาณและแรงกดดันของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นที่สมดุลเท่าไหร่ คุณสามารถกำหนดค่าคงที่โดยใช้จำนวนเริ่มต้นที่ทราบและจำนวนดุลยภาพหนึ่งเดียวกับพีชคณิตเล็กน้อย แต่โดยทั่วไปแล้วมันจะตรงไปตรงมามากขึ้นกับความเข้มข้นหรือแรงกดดันสมดุลที่ทราบ

อุณหภูมิมีผลต่อค่าคงที่สมดุลอย่างไร

การเปลี่ยนความดันหรือความเข้มข้นของสิ่งต่าง ๆ ที่มีอยู่ในส่วนผสมนั้นจะไม่เปลี่ยนค่าคงที่สมดุลแม้ว่าทั้งสองอย่างนี้อาจส่งผลกระทบต่อตำแหน่งของความสมดุล การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักจะยกเลิกผลของการเปลี่ยนแปลงที่คุณทำ

ในทางกลับกันอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงค่าคงที่สมดุล สำหรับปฏิกิริยาคายความร้อน (ตัวที่ปล่อยความร้อน) การเพิ่มอุณหภูมิจะลดค่าของค่าคงที่สมดุล สำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อนซึ่งดูดซับความร้อนการเพิ่มอุณหภูมิจะเพิ่มค่าของค่าคงที่สมดุล ความสัมพันธ์ที่เฉพาะเจาะจงอธิบายไว้ในสมการ van't t Hoff:

ln (K₂ ÷ K₁) = (−∆H⁰ ÷ R) × (1 / T₂ - 1 / T₁)

ที่ไหน (∆H⁰) เป็นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยา (R) คือค่าคงที่ก๊าซสากล (T)₁) และ (T₂) เป็นอุณหภูมิเริ่มต้นและสุดท้ายและ (K₁) และ (K₂) เป็นค่าเริ่มต้นและค่าสุดท้ายของค่าคงที่