Что такое константы равновесия?
Некоторые химические воздействия необратимо протекают в одном направлении. Одним из примеров этого является сжигание газообразного водорода (H) в кислороде (O) для производства воды, как показано в формуле 2 H 2 + O 2 => 2 H 2 O. Противоположная реакция, 2 H 2 O => 2 H 2 + O 2 не происходит в этих условиях, независимо от того, сколько времени проходит. Обратимые реакции, как открыл химик Клод-Луи Бертолле в 1803 году. Обратимые реакции протекают в одном направлении, пока обратные реакции не станут предпочтительными, что приводит к равновесию и делает возможным расчет констант равновесия.
Такие константы равновесия были получены из математических отношений, выявленных во времени усилиями многих ученых. Эти отношения используют отношения концентраций растворенных частиц в реакционной системе. Одним простым примером является ионизация уксусной кислоты. Другим является обратимое разрушение газообразного диоксида азота. В них, как и во всех примерах, константы равновесия зависят от условий системы, таких как температура.
Уксусная кислота диссоциирует на положительный ион водорода плюс отрицательный ион ацетата. Что делает реакцию обратимой, так это то, что эти ионы могут и будут рекомбинировать в молекулы кислоты. Другие молекулы уксусной кислоты затем диссоциируют, чтобы заменить те, которые рекомбинировали. Результатом является равновесие, приводящее к математическому выражению. Концентрации ионов и кислот связаны с константой равновесия выражением K = [H +] [Ac -] / [HAc]. Логично, что константа равновесия для обратной реакции является обратной величиной этого K, потому что концентрация кислоты становится числителем, а концентрация ионов - знаменателем.
Для тетроксида диоксида азота, который содержит азот (N) и кислород, химическая реакция записывается как N 2 O 4 2 2 NO 2 . Любое изменение в пропорции этих двух видов в замкнутой системе зависит от изменения системного давления; для каждой молекулы тетроксида, которая разлагается, образуются две молекулы диоксида азота, увеличивая давление. Это требует энергии и, в какой-то степени, не способствует расколу. Уравнение читается как K = [NO 2 ] [NO 2 ] / [N 2 O 4 ]. Что касается уксусной кислоты, константа равновесия для обратной реакции, как и для всех констант равновесия для всех обратных реакций, является обратной величиной этого К.
Необратимые реакции подчиняются тем же математическим отношениям, что и те реакции, которые являются обратимыми. В таких случаях, однако, знаменатель становится равным 0 или бесконечностью, если исследовать прямую реакцию или обратную реакцию. Это говорит о константе равновесия, имеющей противоположное значение, бесконечности или 0. Такая информация бесполезна. Также интересна возможность доведения реакции до завершения, что делает ее необратимой, удаляя один из продуктов из системы, например, через полупроницаемую мембрану, которая удерживает реагенты.