Hvad er ligevægtskonstanter?
Nogle kemiske handlinger forløber irreversibelt i en retning. Et eksempel på dette er afbrænding af brint (H) -gas i ilt (O) for at producere vand, som vist i formlen 2 H2 + O2 => 2 H20. Den modsatte reaktion, 2 H20 => 2 H 2 + O 2 forekommer ikke under disse forhold, uanset hvor lang tid der går. Der er reversible reaktioner, som kemikeren Claude-Louis Berthollet opdagede i 1803. Vendbare reaktioner fortsætter i en retning, indtil de omvendte reaktioner bliver de foretrukne, hvilket resulterer i ligevægt og muliggør beregning af ligevægtskonstanter.
Sådanne ligevægtskonstanter er afledt af matematiske forhold, der blev afsløret i tiden gennem indsatsen fra mange forskere. Disse forhold anvender forholdet mellem koncentrationer af opløste arter i reaktionssystemet. Et enkelt eksempel er ionisering af eddikesyre. En anden er den reversible nedbrydning af gas-dinitrogentetroxid. I disse, som i alle eksempler, er ligevægtskonstanter afhængige af systembetingelser, såsom temperatur.
Eddikesyre dissocieres til en positiv hydrogenion plus en negativ acetation. Det, der gør reaktionen reversibel, er, at disse ioner kan og vil rekombineres til sure molekyler. Andre eddikesyremolekyler dissocierer derefter for at erstatte dem, der har rekombineret. Resultatet er ligevægt, hvilket fører til et matematisk udtryk. Ion- og syrekoncentrationer vedrører ligevægtskonstanten ved udtrykket K = [H +] [Ac -] / [HAc]. Logisk set er ligevægtskonstanten for den modsatte reaktion det inverse af dette K, fordi syrekoncentrationen bliver tælleren, og ionkoncentrationer bliver nævneren.
For dinitrogentetroxid, der indeholder nitrogen (N) og ilt, er den kemiske reaktion skrevet N 2 O 4 ⇆ 2 NO 2 . Enhver ændring i andel af disse to arter i et lukket system afhænger af ændringen i systemtrykket; for hvert molekyle tetroxid, der nedbrydes, dannes to molekyler af nitrogendioxid, hvilket øger trykket. Dette kræver energi og, ud over et punkt, favoriserer splittelsen. Ligningen lyder K = [NO 2 ] [NO 2 ] / [N204]. Hvad angår eddikesyre, er ligevægtskonstanten for den modsatte reaktion, ligesom for alle ligevægtskonstanter for alle reversreaktioner, det inverse af denne K.
Irreversible reaktioner adlyder de samme matematiske forhold som de reaktioner, der er reversible. I sådanne tilfælde bliver nævneren imidlertid enten 0 eller uendelig, hvis man undersøger den fremadrettede reaktion eller den modsatte reaktion. Dette antyder en ligevægtskonstant med en modsat værdi, uendelig eller 0. Sådan information er ubrugelig. Også interessant er muligheden for at udløse en reaktion til færdiggørelse, hvilket gør det irreversibelt ved at fjerne et af produkterne fra systemet, såsom gennem en semipermeabel membran, som fastholder reaktanterne.