Vad är jämviktskonstanter?
Vissa kemiska åtgärder fortsätter irreversibelt i en riktning. Ett exempel på detta är förbränning av väte (H) -gas i syre (O) för att producera vatten, såsom visas i formeln 2 H2 + O2 => 2 H20. Den motsatta reaktionen, 2 H20 => 2 H 2 + O 2 förekommer inte under dessa förhållanden, oavsett hur mycket tid som går. Det finns reversibla reaktioner, som kemisten Claude-Louis Berthollet upptäckte 1803. Vändbara reaktioner fortsätter i en riktning tills de omvända reaktionerna blir de gynnade, vilket resulterar i jämvikt och möjliggör beräkningen av jämviktskonstanter.
Sådana jämviktskonstanter har härrörts från matematiska förhållanden som avslöjats i tid genom ansträngningar från många forskare. Dessa förhållanden använder förhållandena mellan koncentrationer av upplösta arter i reaktionssystemet. Ett enkelt exempel är jonisering av ättiksyra. En annan är den reversibla uppdelningen av gas-dinitrogentetroxid. I dessa, som i alla exempel, är jämviktskonstanter beroende av systemförhållanden såsom temperatur.
Ättiksyra dissocierar till en positiv vätejon plus en negativ acetatjon. Det som gör reaktionen reversibel är att dessa joner kan och kommer att rekombineras till syramolekyler. Andra ättiksyra-molekyler dissocierar sedan för att ersätta de som har rekombinerat. Resultatet är jämvikt, vilket leder till ett matematiskt uttryck. Jon- och syrakoncentrationer hänför sig till jämviktskonstanten genom uttrycket K = [H +] [Ac -] / [HAc]. Logiskt sett är jämviktskonstanten för den omvända reaktionen den omvända av denna K, eftersom syrakoncentrationen blir telleren och jonkoncentrationerna blir nämnaren.
För dinitrogentetroxid, som innehåller kväve (N) och syre, skrivs den kemiska reaktionen N 2 O 4 ⇆ 2 NO 2 . Varje förändring i andel av dessa två arter i ett slutet system beror på förändringen i systemtrycket; för varje molekyl tetroxid som sönderdelas, bildas två molekyler av kvävedioxid, vilket ökar trycket. Detta kräver energi och, bortom en punkt, missgynnar splittringen. Ekvationen läser K = [NO 2 ] [NO 2 ] / [N 2 O 4 ]. När det gäller ättiksyra är jämviktskonstanten för den omvända reaktionen, liksom för alla jämviktskonstanter för alla omvända reaktioner, det omvända av denna K.
Oåterkalleliga reaktioner följer samma matematiska förhållanden som de reaktioner som är reversibla. I sådana fall blir nämnaren emellertid antingen 0 eller oändlig, om man undersöker framåtreaktionen eller omvänd reaktion. Detta antyder en jämviktskonstant med ett motsatt värde, av oändlighet eller av 0. Sådan information är värdelös. Intressant är också möjligheten att driva en reaktion på färdigställande, vilket gör det irreversibelt genom att ta bort en av produkterna från systemet, till exempel genom ett semipermeabelt membran som behåller reaktanterna.