Wat zijn evenwichtsconstanten?

Sommige chemische acties verlopen onomkeerbaar in één richting. Een voorbeeld hiervan is het verbranden van waterstofgas in zuurstof (O) om water te produceren, zoals getoond in de formule 2 H ₂ + o ₂ => 2 H ₂ o. De tegenovergestelde reactie, 2 h ₂ o => 2 H ₂ + o ₂ komt niet voor onder deze omstandigheden, ongeacht hoeveel tijd voorbijgaat. Er zijn omkeerbare reacties, zoals de chemicus Claude-Louis Berthollet ontdekte in 1803. Omkeerbare reacties gaan in één richting totdat de omgekeerde reacties de favoriete reacties worden, resulterend in evenwicht en het mogelijk maken van de berekening van evenwichtsconstanten.

Dergelijke evenwichtsconstanten zijn afgeleid van wiskundige relaties die in de tijd zijn onthuld door de inspanningen van veel wetenschappers. Deze relaties maken gebruik van de verhoudingen van concentraties van opgeloste soorten in het reactiesysteem. Een eenvoudig voorbeeld is de ionisatie van azijnzuur. Een andere is de omkeerbare afbraak van de gasdinitrEoge tetroxide. In deze, zoals in alle voorbeelden, zijn evenwichtsconstanten afhankelijk van systeemomstandigheden zoals temperatuur.

Azijnzuur dissocieert in een positief waterstofion plus een negatief acetaation. Wat de reactie omkeerbaar maakt, is dat deze ionen kunnen en zullen recombineren in zure moleculen. Andere azijnzuurmoleculen dissociëren vervolgens om die te vervangen die hebben gerecombineerd. Het resultaat is evenwicht, wat leidt tot een wiskundige uitdrukking. Ion- en zuurconcentraties hebben betrekking op de evenwichtsconstante door de expressie K = [H+] [Ac-]/[HAC]. Logisch gezien is de evenwichtsconstante voor de omgekeerde reactie het omgekeerde van deze K, omdat de zure concentratie de teller wordt en ionenconcentraties de noemer worden.

Voor dinitrogene tetroxide, die stikstof (N) en zuurstof bevat, wordt de chemische reactie geschreven N ₂ o ₄ ⇆ 2 NO ₂ .Elke verandering in het aandeel van deze twee soorten in een gesloten systeem hangt af van de verandering in systeemdruk; Voor elk molecuul van tetroxide dat ontleedt, worden twee moleculen van stikstofdioxide vormen, waardoor de druk toeneemt. Dit vereist energie en, na een punt, de splitsing verstoort. De vergelijking leest k = [no ₂ ] [no ₂ ]/[n ₂ o ₄ ]. Wat azijnzuur betreft, is de evenwichtsconstante voor de omgekeerde reactie, zoals voor alle evenwichtsconstanten voor alle omgekeerde reacties, het omgekeerde van deze k.

Onomkeerbare reacties gehoorzamen aan dezelfde wiskundige relaties als die reacties die omkeerbaar zijn. In dergelijke gevallen wordt de noemer echter 0 of oneindig, als men de voorwaartse reactie of de omgekeerde reactie onderzoekt. Dit suggereert dat een evenwichtsconstante een tegenovergestelde waarde heeft, van oneindig of van 0. Dergelijke informatie is nutteloos. Ook interessant is de mogelijkheid om een ​​reactie op voltooiing te leiden, waardoor het onomkeerbaar is door een van T te verwijderenHij producten uit het systeem, zoals via een semipermeable membraan dat de reactanten behoudt.