Was sind Gleichgewichtskonstanten?

Einige chemische Handlungen gehen irreversibel in eine Richtung. Ein Beispiel hierfür ist das Verbrennen von Wasserstoff (H) Gas in Sauerstoff (O), um Wasser zu produzieren, wie in der Formel 2 H ₂ + o ₂ => 2 h ₂ o gezeigt. Die entgegengesetzte Reaktion 2 H ₂ o => 2 h ₂ + o ₂ tritt unter diesen Bedingungen nicht auf, unabhängig davon, wie viel Zeit vergeht. Es gibt reversible Reaktionen, wie der Chemiker Claude-Louis-Berthollet 1803 entdeckte. Reversible Reaktionen gehen in eine Richtung, bis die umgekehrten Reaktionen zu den bevorzugten werden, was zu Gleichgewicht führt und die Berechnung von Gleichgewichtskonstanten ermöglicht.

Solche Gleichgewichtskonstanten wurden aus mathematischen Beziehungen abgeleitet, die durch die Bemühungen vieler Wissenschaftler in der Zeit offenbart wurden. Diese Beziehungen nutzen die Verhältnisse von Konzentrationen von gelösten Spezies im Reaktionssystem. Ein einfaches Beispiel ist die Ionisation von Essigsäure. Ein anderer ist der reversible Durchbruch des Gasdinitrsogen Tetroxid. Wie in allen Beispielen hängen Gleichgewichtskonstanten wie in allen Beispielen von den Systembedingungen wie der Temperatur ab.

Essigsäure dissoziiert in ein positives Wasserstoffion sowie ein negatives Acetation. Was die Reaktion zu einer reversiblen macht, ist, dass diese Ionen zu sauren Molekülen rekombinieren können und werden. Andere Essigsäuremoleküle diskutieren dann, um diejenigen zu ersetzen, die rekombiniert sind. Das Ergebnis ist das Gleichgewicht, das zu einem mathematischen Ausdruck führt. Die Ionen- und Säurekonzentrationen beziehen sich auf die Gleichgewichtskonstante durch die Expression k = [H+] [AC-]/[HAC]. Logischerweise ist die Gleichgewichtskonstante für die umgekehrte Reaktion die Umkehrung dieses Ks, da die Säurekonzentration zum Zähler und Ionenkonzentrationen zum Nenner wird.

Für Dinitrogen -Tetroxid, das Stickstoff (N) und Sauerstoff enthält, wird die chemische Reaktion n ₂ o ₄ ⇆ 2 no ₂ geschrieben.Jede Veränderung in einem Anteil dieser beiden Arten in einem geschlossenen System hängt von der Änderung des Systemdrucks ab. Für jedes Tetroxidmolekül, das sich zersetzt, bilden zwei Moleküle Stickstoffdioxid, was den Druck erhöht. Dies erfordert Energie und ist über einen Punkt hinaus die Spaltung. Die Gleichung liest k = [no ₂ ] [nein ₂ ]/[n ₂ o ₄ ]. Was Essigsäure betrifft, ist die Gleichgewichtskonstante für die umgekehrte Reaktion wie für alle Gleichgewichtskonstanten für alle umgekehrten Reaktionen die Umkehrung dieses k.

irreversible Reaktionen befolgen die gleichen mathematischen Beziehungen wie die Reaktionen, die reversibel sind. In solchen Fällen wird der Nenner jedoch entweder zu 0 oder in der Unendlichkeit, wenn man die Vorwärtsreaktion oder die umgekehrte Reaktion untersucht. Dies deutet auf eine Gleichgewichtskonstante mit einem entgegengesetzten Wert, der Unendlichkeit oder von 0 hin. Solche Informationen sind nutzlos. Interessant ist auch die Möglichkeit, eine Reaktion auf die Fertigstellung voranzutreiben, was es irreversibel macht, indem eines von t entfernt wirdDie Produkte aus dem System, wie beispielsweise durch eine semipermeable Membran, die die Reaktanten behält.