Evenwichtsconstante | wiskundige grootheid

De evenwichtsconstante is een wiskundige grootheid die de verhouding tussen producten en reactanten van een reactie bij evenwicht met betrekking tot een specifieke eenheid uitdrukt. Met andere woorden, de evenwichtsconstante is het reactiequotiënt van een chemische reactie bij chemisch evenwicht. De evenwichtsconstante kan ons helpen te begrijpen of de reactie bij evenwicht een hogere concentratie van producten of reactanten heeft. Wij kunnen de evenwichtsconstante ook gebruiken om te bepalen of de reactie al in evenwicht is.

Er zijn verschillende soorten evenwichtsconstanten die relaties geven tussen de producten en de reactanten van een chemische reactie bij chemisch evenwicht in termen van verschillende eenheden. Als voorbeeld kunnen dissociatieconstanten worden gebruikt.

Evenwichtsconstante van een reactie

Voor een algemeen chemisch evenwicht

α A + β B . . . σ S + τ T . . . {\displaystyle \alpha A+\beta B...\rightleftharpoons \sigma S+\tau T...} $\alpha A+\beta B...\rightleftharpoons \sigma S+\tau T...$

kan de evenwichtsconstante worden gedefinieerd door

K = { S } σ { T } τ . . . { A } α { B } β . . . {\displaystyle K={frac {{S}}^{sigma}{{T}}^{tau }...}{{A}}^{alpha }{{B}}^{beta }...}}} $K={\frac {{\{S\}}^{\sigma }{\{T\}}^{\tau }...}{{\{A\}}^{\alpha }{\{B\}}^{\beta }...}}$

waarbij {A} de activiteit is van de chemische soort A, enz. (activiteit is een dimensieloze grootheid). Het is gebruikelijk om de activiteiten van de producten in de teller en die van de reactanten in de noemer te plaatsen.

Voor evenwichten in oplossing is de activiteit het product van de concentratie en de activiteitscoëfficiënt. De meeste chemici bepalen evenwichtsconstanten in een oplossing met een hoge ionensterkte. In oplossingen met een hoge sterkte verandert het quotiënt van de activiteitscoëfficiënten zeer weinig. De evenwichtsconstante wordt dus gedefinieerd als een concentratiequotiënt:

K c = [ S ] σ [ T ] τ . . . [A ] α [ B ] β . . . {\displaystyle K_{c}={frac {{[S]}^{{{[T]}^{{{{{{[A]}^{{{{{{[B]}^{{{{{{[B]}...}}}) $K_{c}={\frac {{[S]}^{\sigma }{[T]}^{\tau }...}{{[A]}^{\alpha }{[B]}^{\beta }...}}$

De waarde van K_c zal echter afhangen van de ionische sterkte. (De vierkante haakjes betekenen de concentratie van A, B enzovoort).

Dit is een eenvoudig idee. In een evenwicht kunnen atomen combineren of uiteenvallen omdat de reactie in beide richtingen kan werken. Om de reactie te laten werken, moeten alle delen aanwezig zijn om te combineren. Dit zal eerder gebeuren als de reactanten een hogere concentratie hebben. Dus worden de concentraties van alle benodigde onderdelen met elkaar vermenigvuldigd om de kans te krijgen dat ze zich voor de reactie op dezelfde plaats bevinden. (Als voor de reactie twee moleculen van een bepaalde verbinding nodig zijn, wordt de concentratie van die verbinding in het kwadraat berekend). De andere kant op worden alle concentraties van die noodzakelijke onderdelen met elkaar vermenigvuldigd om de kans te krijgen dat ze zich op dezelfde plaats bevinden om in tegengestelde richting te reageren. De verhouding tussen deze twee getallen geeft aan hoe populair elke kant van de reactie zal zijn wanneer het evenwicht is bereikt. Een evenwichtsconstante van 1 betekent dat beide kanten even populair zijn. Chemici voeren experimenten uit om de evenwichtsconstante van verschillende reacties te meten.

Er is een verband tussen de vrije energie van Gibbs (Δ G) $\Delta G$ en de evenwichtsconstante,

Δ G = - R T ln K {\displaystyle \Delta G=-RT\ln K} $\Delta G=-RT\ln K$

Hierbij is R $R$ de universele gasconstante en T $T$ de temperatuur.

Verband tussen K p {{p}} en K c {{c}}

Uit de ideale gaswet weten we dat,

P V = n R T {Displaystyle PV=nRT,}. $PV=nRT\,$

Of,

n V = P R T {frac {n}{V}}={frac {P}{RT}}} ${\frac {n}{V}}={\frac {P}{RT}}$

Dus, concentratie (zoals concentratie C = n V $C={\frac {n}{V}}$ ), C = P R T (zoals concentratie C={P}{RT}}}). $C={\frac {P}{RT}}$

Hierbij is P $P$ de druk, V $V$ het volume, n het aantal mol gas, R $R$ de universele gasconstante en T $T$ de temperatuur. Dus,

[A B ] [ A ] [ B ] = P A B R T P A R T P B R T {\displaystyle {\frac {[AB]}{[A][B]}}={{\frac {P_{AB}}{RT}}{{\frac {P_{A}}{RT}}{{{\frac {P_{B}}{RT}}}}} ${\frac {[AB]}{[A][B]}}={\frac {\frac {P_{AB}}{RT}}{{\frac {P_{A}}{RT}}{\frac {P_{B}}{RT}}}}$

Of,

K c = P A B P A P B × R T 1 + 1 - 1 {\displaystyle K_{c}={{frac {P_{AB}}{P_{A}{P_{B}}}} maal {RT}^{1+1-1}} $K_{c}={\frac {P_{AB}}{{P_{A}}{P_{B}}}}\times {RT}^{1+1-1}$

Hierbij is P X {{X}} $P_{X}$ de partiële druk van X {{X}} $X$ .

Als,

P A B P A P B = K p {\frac {P_{AB}}{P_{A}}{P_{B}}}}=K_{p}} ${\frac {P_{AB}}{{P_{A}}{P_{B}}}}=K_{p}$

Dan,

K c ( R T ) - 1 - 1 + 1 = K p {\displaystyle K_{c}{(RT)}^{-1-1+1}=K_{p}} $K_{c}{(RT)}^{-1-1+1}=K_{p}$

Hierbij is K p {K_{p}} $K_{p}$ de evenwichtsconstante in termen van partiële druk.

In ditzelfde proces,

α A + β B . . . σ S + τ T . . . {\displaystyle \alpha A+\beta B...\rightleftharpoons \sigma S+\tau T...} $\alpha A+\beta B...\rightleftharpoons \sigma S+\tau T...$

Voor de bovenstaande reactie,

K c ( R T ) - α - β . . . + σ + τ . . . = K p = p S σ p T τ . . . p A α p B β . . . {K_{c}{(RT)}^{-alfa -beta ...+sigma +tau ...}=K_{p}={p_{mathrm {S} }^{sigma }{p_{mathrm {T}} }^{\tau }...}{p_{mathrm {A} }^{{alpha }{p_{mathrm {B}} }}^{beta }...}} $K_{c}{(RT)}^{-\alpha -\beta ...+\sigma +\tau ...}=K_{p}={\frac {{p_{\mathrm {S} }}^{\sigma }{p_{\mathrm {T} }}^{\tau }...}{{p_{\mathrm {A} }}^{\alpha }{p_{\mathrm {B} }}^{\beta }...}}$

De relatie tussen K c {{c}} $K_{c}$ en K p {{p}} $K_{p}$ is dus,

K c ( R T ) Δ n = K p {Displaystyle K_{c}{(RT)}^{{Delta n}=K_{p}} $K_{c}{(RT)}^{\Delta n}=K_{p}$

Hierbij is Δ n {Delta n} $\Delta n$ het aantal mol gas aan de productzijde minus het aantal mol gas aan de reactantzijde in de evenwichtige reactie.

Vragen en antwoorden

V: Wat is een evenwichtsconstante?

A: Een evenwichtsconstante is een wiskundige grootheid die de verhouding tussen producten en reactanten van een reactie bij chemisch evenwicht uitdrukt met betrekking tot een specifieke eenheid.

V: Hoe kunnen wij een evenwichtsconstante gebruiken?

A: Wij kunnen een evenwichtsconstante gebruiken om te begrijpen of de reactie bij evenwicht een hogere concentratie producten of reactanten neigt te hebben, en om te bepalen of de reactie al in evenwicht is.

V: Wat zijn enkele voorbeelden van verschillende soorten evenwichtsconstanten?

A: Dissociatieconstanten zijn een voorbeeld van verschillende soorten evenwichtsconstanten die relaties geven tussen de producten en de reactanten van een chemische reactie bij chemisch evenwicht in termen van verschillende eenheden.

V: Wat meet een evenwichtsconstante?

A: Een evenwichtsconstante meet de relatie tussen producten en reactanten in een chemische reactie bij chemisch evenwicht met betrekking tot een specifieke eenheid.

V: Hoe weten we wanneer een reactie al in evenwicht is?

Antwoord: Wij kunnen een evenwichtsconstante gebruiken om te bepalen of de reactie al in evenwicht is.

V: Wat betekent het dat iets "in evenwicht" is?

A: At equilibrium betekent dat er geen nettoverandering in concentraties optreedt in de tijd - alle componenten blijven in evenwicht, dus er treden reacties op, maar die worden in evenwicht gehouden door omgekeerde reacties die tegelijkertijd optreden.