مفاهیم اصلی

در این مقاله در مورد تعادل شیمیایی، با آن آشنا خواهیم شد ثابت تعادل، همچنین اغلب به عنوان ضریب تعادل. این مقاله توضیح می‌دهد که ثابت تعادل چیست، چرا مهم است و چگونه آن را محاسبه کنیم. را معرفی می کنیم معادله تعادل، و به طور خلاصه در مورد آن خواهید آموخت ضریب واکنش. ما همچنین تعادل را تعریف می کنیم و تفاوت بین تعادل دینامیکی و تعادل شیمیایی را مورد بحث قرار می دهیم.

موضوعات تحت پوشش در مقالات دیگر

بررسی: تعادل دینامیکی چیست؟

پس بیایید تعادل را تعریف کنیم. تعادل دینامیکی یا تعادل شیمیایی، به حالتی اشاره دارد که یک واکنش شیمیایی در آن صورت می‌گیرد، زمانی که واکنش‌های رو به جلو و معکوس در سرعت‌های مساوی هستند، به این معنی که غلظت محصولات و واکنش‌دهنده‌ها هر دو ثابت می‌مانند. سرعتی که در آن محصولات از واکنش‌دهنده‌ها تشکیل می‌شوند، همان سرعتی است که در آن محصولات دوباره به واکنش‌دهنده‌ها تجزیه می‌شوند.

به خاطر داشته باشید که این بدان معنا نیست که غلظت واکنش دهنده ها و محصولات لزوماً باید یکسان باشد، فقط سرعت تشکیل برابر است، بنابراین تغییر کلی در غلظت وجود ندارد.

یک مفهوم مرتبط نامیده می شود هموستازکه وقتی یک موجود زنده PH، متابولیسم، دما و غیره خود را از طریق یک فرآیند خودتنظیمی در محدوده باریکی حفظ می کند. این حالت ممکن است در تعادل واقعی باشد یا نباشد.

تعادل دینامیکی در مقابل تعادل شیمیایی

تعادل دینامیکی و تعادل شیمیایی در اکثر شرایط معادل هستند. تعادل شیمیایی به یک واکنش شیمیایی اطلاق می شود که در آن واکنش دهنده ها و محصولات در تعادل هستند. به عنوان مثال یک فرآیند فیزیکی بدون تغییرات شیمیایی، مانند انتشار گازها بین ظروف را در نظر بگیرید. اگر به تعادل برسد، آنگاه شکلی از تعادل دینامیکی خواهد بود، اما شکلی از تعادل شیمیایی نیست.

ثابت تعادل چیست؟ چه چیزی را نشان می دهد؟

ثابت تعادل، K، نشان دهنده وسعت یک واکنش زمانی است که در حالت تعادل است. از غلظت ها و ضرایب هر واکنش دهنده و محصول برای تشکیل یک نسبت استفاده می کند. از مقدار K، می توانیم بفهمیم که آیا یک واکنش بیشتر به نفع واکنش دهنده ها است یا محصولات، و بنابراین موقعیت تعادل در کجا قرار دارد.

اگر K > 1، موقعیت تعادل در سمت راست قرار دارد، به این معنی که تشکیل محصولات در واکنش مطلوب است.

اگر K < 1، موقعیت تعادل در سمت چپ قرار دارد، به این معنی که تشکیل واکنش دهنده ها مطلوب است.

به روشی مشابه، اگر K = 1، این نشان می دهد که موقعیت تعادل مستقیماً در مرکز قرار دارد، بنابراین نه محصولات و نه واکنش دهنده ها مطلوب نیستند.

شایان ذکر است که مقدار K و آنچه در مورد واکنش نشان می دهد، با دما تغییر می کند. این به این دلیل است که حلالیت یک ماده بسته به دما می تواند افزایش یا کاهش یابد. به همین دلیل، غلظت و در نتیجه تعادل واکنش نیز می تواند با دما تغییر کند.

معادله تعادل

نحوه محاسبه ثابت تعادل

برای یک معادله تعادل aA + bB ⇌ cC + dD، ثابت تعادل را می توان با استفاده از فرمول پیدا کرد K = [C]^ج[D]^د / [A]^آ[B]^ب ، جایی که K یک ثابت است. غلظت همه محصولات در صورت شمار و غلظت همه واکنش دهنده ها در مخرج است. سپس هر جزء به توان ضریب خاص خود افزایش می یابد. ثابت تعادل برابر است با ثابت سرعت واکنش رو به جلو تقسیم بر ثابت سرعت واکنش معکوس.

این رابطه، ثابت تعادل، به نام است قانون عمل توده ای. قانون اولاً بیان می کند که سرعت یک واکنش شیمیایی با غلظت واکنش دهنده های آن نسبت مستقیم دارد. همچنین بیان می کند، ثانیا، و مهمتر از آن برای ما در حال حاضر، که نسبت غلظت واکنش دهنده ها و محصولات برای یک واکنش در حالت تعادل ثابت است. این ثابت به عنوان ثابت تعادل K شناخته می شود.

همچنین شایان ذکر است که رابطه K = [C]^ج[D]^د / [A]^آ[B]^ب مستقیماً معادل K = k است_{رو به جلو} / ک_معکوس، جایی که k_{رو به جلو} ثابت سرعت برای واکنش رو به جلو، و k است_معکوس ثابت سرعت برای واکنش معکوس است:

نرخ_{رو به جلو} = k_{رو به جلو} ایکس [A]^آ[B]^ب & نرخ_معکوس = k_معکوس ایکس [C]^ج[D]^د
بنابراین، ک_{رو به جلو} / ک_معکوس = [C]^ج[D]^د / [A]^آ[B]^ب = ک.

این معادله همچنین توضیح می دهد که چرا K میزان واکنش را نشان می دهد. اگر K> 1 باشد، عددی که با غلظت محصولات نشان داده می شود، بزرگتر است. اگر K <1 باشد، مخرج، که با غلظت واکنش دهنده ها نشان داده می شود، بیشتر است.

هنگام محاسبه K به خاطر داشته باشید!

برای محاسبه ضریب تعادل ابتدا معادله تعادل شیمیایی متوازن را بنویسید. با توجه به قانون عمل جرم، ضرایب هر ماده مهم است، بنابراین مهم است که معادله به درستی متعادل شود.

علاوه بر این، مطمئن شوید که بیان غلظت تمام محلول ها را ثابت نگه دارید. این بسیار مهم است زیرا K با استفاده از غلظت محصولات و واکنش دهنده ها یافت می شود. معمولاً محلول‌ها بر حسب M بیان می‌شوند، یا اگر همه محلول‌ها در یک حجم باشند، گاهی اوقات به صورت مول بیان می‌شوند. به جامدات، مایعات و حلال ها مقدار 1 اختصاص داده می شود، بنابراین غلظت آنها بر مقدار K تأثیر نمی گذارد. فقط محلول های آبی و گازها برای عبارت ثابت تعادل حساب کنید.

چگونه ثابت تعادل را از سایر مقادیر K شناخته شده پیدا کنیم

همچنین می توان ثابت تعادل یک واکنش را با استفاده از مقادیر K برای سایر واکنش های شناخته شده پیدا کرد. در این موارد چند قانون وجود دارد که باید رعایت شود:

1. چه زمانی افزودن 2 یا چند واکنش برای ایجاد یک عدد جدید، تمام مقادیر K موجود را با هم ضرب کنید تا ثابت تعادل برای واکنش جدید به دست آید. ک_جدید = ک₁ x K₂ x K₃ ایکس …
2. چه زمانی ضرب یک واکنش کامل در یک عامل عددی N، مقدار K موجود را به توان N برسانید تا ثابت جدید را بدست آورید. ک_جدید = (K_اصلی)^ن
3. چه زمانی معکوس کردن یک واکنش، مقدار متقابل K موجود را برای بدست آوردن مقدار جدید بگیرید. ک_جدید = 1 / K_اصلی
4. چه زمانی انجام ترکیبی از این عملیات، هر مرحله را در صورت نیاز اعمال کنید. به عنوان مثال، اگر یک واکنش X ابتدا معکوس شود، سپس به واکنش Y دیگر اضافه شود، سپس K_جدید = (1 / K_ایکس) x (K_Y)

مطالب مرتبط: ضریب واکنش چیست؟

در ضریب واکنش، Q، ​​مفهومی بسیار شبیه به ثابت تعادل است، با یک تفاوت قابل توجه. ضریب واکنش معیاری برای اندازه گیری میزان واکنش است در هر لحظه، نه تنها در حالت تعادل. این بدان معنی است که مقادیر نسبی (غلظت) واکنش دهنده ها و محصولات را در آن لحظه در نظر می گیرد. در این راستا، Q = [C]^ج[D]^د / [A]^آ[B]^ب، با غلظت واکنش دهنده ها و محصولات نشان دهنده غلظت واقعی آنها در زمان معین است.