Calcula la constant d'equilibri (K) per a qualsevol reacció química introduint les concentracions dels reactius i productes. Ideal per a estudiants, professors i investigadors de química.
Fórmula
Constant de Equilibri (K)
1.0000
Constant de Equilibri (K): K = 1.0000
La constant d'equilibri (K) és un concepte fonamental en química que quantifica l'equilibri entre reactius i productes en una reacció química reversible en equilibri. Aquesta Calculadora de la Constant d'Equilibri proporciona una manera senzilla i precisa de determinar la constant d'equilibri per a qualsevol reacció química quan coneixes les concentracions de reactius i productes en equilibri. Tant si ets un estudiant que aprèn sobre l'equilibri químic, un professor que demostra els principis d'equilibri, o un investigador que analitza la dinàmica de les reaccions, aquesta calculadora ofereix una solució senzilla per calcular constants d'equilibri sense complicades càlculs manuals.
L'equilibri químic representa un estat on les velocitats de reacció directa i inversa són iguals, resultant en cap canvi net en les concentracions de reactius i productes al llarg del temps. La constant d'equilibri proporciona una mesura quantitativa de la posició d'aquest equilibri—un valor K gran indica que la reacció afavoreix els productes, mentre que un valor K petit suggereix que els reactius són afavorits en equilibri.
La nostra calculadora gestiona reaccions amb múltiples reactius i productes, permetent-te introduir valors de concentració i coeficients estequiomètrics per obtenir valors precisos de constants d'equilibri al moment. Els resultats es presenten en un format clar i fàcil d'entendre, fent que càlculs d'equilibri complexos siguin accessibles per a tothom.
La constant d'equilibri (K) per a una reacció química general es calcula mitjançant la següent fórmula:
Per a una reacció química representada com:
On:
La constant d'equilibri es calcula com:
On:
Unitats: La constant d'equilibri és típicament sense unitats quan totes les concentracions s'expressen en mol/L (per a Kc) o quan les pressions parcials són en atmosferes (per a Kp).
Sòlids i Líquids Purs: Els sòlids i líquids purs no s'inclouen en l'expressió d'equilibri ja que les seves concentracions romanen constants.
Dependència de la Temperatura: La constant d'equilibri varia amb la temperatura segons l'equació de van't Hoff. La nostra calculadora proporciona valors de K a una temperatura específica.
Rang de Concentració: La calculadora gestiona un ampli rang de valors de concentració, des de molt petits (10^-6 mol/L) fins a molt grans (10^6 mol/L), mostrant resultats en notació científica quan és apropiat.
El càlcul d'una constant d'equilibri segueix aquests passos matemàtics:
Identificar Reactius i Productes: Determina quines espècies són reactius i quines són productes en l'equació química balancejada.
Determinar Coeficients: Identifica el coeficient estequiomètric per a cada espècie de l'equació balancejada.
Elevar Concentracions a Poder: Eleva cada concentració a la potència del seu coeficient.
Multiplicar Concentracions de Productes: Multiplica tots els termes de concentració de productes (elevats a les seves respectives potències).
Multiplicar Concentracions de Reactius: Multiplica tots els termes de concentració de reactius (elevats a les seves respectives potències).
Dividir Productes per Reactius: Divideix el producte de les concentracions de productes pel producte de les concentracions de reactius.
Per exemple, per a la reacció N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃:
Si [NH₃] = 0.25 mol/L, [N₂] = 0.11 mol/L, i [H₂] = 0.03 mol/L:
Aquest gran valor de K indica que la reacció afavoreix fortament la formació d'amoníac en equilibri.
La nostra calculadora simplifica el procés de determinació de constants d'equilibri. Segueix aquests passos per utilitzar-la de manera efectiva:
Primer, selecciona el nombre de reactius i productes en la teva reacció química utilitzant els menús desplegables. La calculadora suporta reaccions amb fins a 5 reactius i 5 productes, acomodant la majoria de reaccions químiques comunes.
Per a cada reactiu i producte, introdueix:
Assegura't que tots els valors de concentració siguin números positius. La calculadora mostrarà un missatge d'error si s'introdueixen valors negatius o zero.
La constant d'equilibri (K) es calcula automàticament a mesura que introdueixes valors. El resultat es mostra de manera destacada a la secció "Resultat".
Per a valors de K molt grans o molt petits, la calculadora mostra el resultat en notació científica per a més claredat (per exemple, 1.234 × 10^5 en comptes de 123400).
Si necessites utilitzar el valor de K calculat en un altre lloc, fes clic al botó "Copiar" per copiar el resultat al teu porta-retalls.
Pots modificar qualsevol valor d'entrada per recalcular instantàniament la constant d'equilibri. Aquesta funció és útil per:
Per a la reacció: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
Donat:
Càlcul:
Per a la reacció: 2NO₂ ⇌ N₂O₄
Donat:
Càlcul:
Per a la reacció: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Donat:
Càlcul:
La constant d'equilibri és una eina poderosa en química amb nombroses aplicacions:
Comparant el quocient de reacció (Q) amb la constant d'equilibri (K), els químics poden predir si una reacció procedirà cap a productes o reactius:
En processos industrials com el procés Haber per a la producció d'amoníac, entendre les constants d'equilibri ajuda a optimitzar les condicions de reacció per maximitzar el rendiment.
Els dissenyadors de medicaments utilitzen constants d'equilibri per entendre com els medicaments s'uneixen als receptors i per optimitzar les formulacions de medicaments.
Les constants d'equilibri ajuden a predir el comportament dels contaminants en sistemes naturals, incloent la seva distribució entre les fases d'aigua, aire i sòl.
En bioquímica, les constants d'equilibri descriuen les interaccions entre enzims i substrats i la dinàmica de les vies metabòliques.
Les constants d'equilibri són essencials per entendre les titulacions àcid-base, la solubilitat i la formació de complexos.
Tot i que la constant d'equilibri s'utilitza àmpliament, diversos conceptes relacionats proporcionen maneres alternatives d'analitzar l'equilibri químic:
La relació entre K i ΔG es dóna per:
On:
El quocient de reacció té la mateixa forma que K però utilitza concentracions no d'equilibri. Ajuda a determinar quina direcció procedirà una reacció per arribar a l'equilibri.
El concepte d'equilibri químic i la constant d'equilibri ha evolucionat significativament durant els darrers dos segles:
La base de l'equilibri químic va ser establerta per Claude Louis Berthollet al voltant de 1803 quan va observar que les reaccions químiques podien ser reversibles. Va notar que la direcció de les reaccions químiques depèn no només de la reactivitat de les substàncies sinó també de les seves quantitats.
Els científics noruecs Cato Maximilian Guldberg i Peter Waage van formular la Llei de l'Acció de la Massa el 1864, que descrivia matemàticament l'equilibri químic. Van proposar que la velocitat d'una reacció química és proporcional al producte de les concentracions dels reactius, cadascun elevat a la potència dels seus coeficients estequiomètrics.
J. Willard Gibbs i Jacobus Henricus van 't Hoff van desenvolupar el fonament termodinàmic de l'equilibri químic a finals del segle XIX. La feina de van 't Hoff sobre la dependència de la temperatura de les constants d'equilibri (l'equació de van 't Hoff) va ser particularment significativa.
El segle XX va veure la integració de les constants d'equilibri amb la mecànica estadística i la mecànica quàntica, proporcionant una comprensió més profunda de per què existeixen els equilibris químics i com es relacionen amb les propietats moleculars.
Avui dia, la química computacional permet la predicció de constants d'equilibri a partir de primers principis, utilitzant càlculs mecànics quàntics per determinar l'energia de les reaccions.
Una constant d'equilibri (K) és un valor numèric que expressa la relació entre productes i reactius en equilibri químic. Indica l'extensió a la qual una reacció química avança cap a la seva completud. Un valor K gran (K > 1) indica que els productes són afavorits en equilibri, mentre que un valor K petit (K < 1) indica que els reactius són afavorits.
La temperatura afecta significativament la constant d'equilibri segons el principi de Le Chatelier. Per a reaccions exotèrmiques (aquelles que alliberen calor), K disminueix a mesura que la temperatura augmenta. Per a reaccions endotèrmiques (aquelles que absorbeixen calor), K augmenta a mesura que la temperatura augmenta. Aquesta relació es descriu quantitativament mitjançant l'equació de van 't Hoff.
En termes estrictes de termodinàmica, les constants d'equilibri són dimensionals. No obstant això, quan es treballa amb concentracions, la constant d'equilibri pot semblar tenir unitats. Aquestes unitats es cancel·len quan totes les concentracions s'expressen en unitats estàndard (típicament mol/L per a Kc) i quan la reacció està balancejada.
Els sòlids i líquids purs s'exclouen de les expressions de constants d'equilibri perquè les seves concentracions (més exactament, les seves activitats) romanen constants independentment de la quantitat present. Això es deu al fet que la concentració d'una substància pura es determina per la seva densitat i massa molar, que són propietats fixes.
Kc és la constant d'equilibri expressada en termes de concentracions molars (mol/L), mentre que Kp s'expressa en termes de pressions parcials (típicament en atmosferes o bars). Per a reaccions en fase gasosa, estan relacionades per l'equació: Kp = Kc(RT)^Δn, on Δn és el canvi en el nombre de mols de gas dels reactius als productes.
Les constants d'equilibri solen variar entre molt petites (10^-50) i molt grans (10^50) depenent de la reacció. Un valor de K raonable hauria de ser coherent amb les observacions experimentals de la reacció. Per a reaccions ben estudiades, pots comparar el teu valor calculat amb els valors de literatura.
No, les constants d'equilibri no poden ser negatives. Atès que K representa una relació de concentracions elevades a potències, ha de ser sempre positiu. Un K negatiu violaria els principis fonamentals de la termodinàmica.
Per a reaccions que impliquen només fases condensades (líquids i sòlids), la pressió té un efecte negligible sobre la constant d'equilibri. Per a reaccions que impliquen gasos, la constant d'equilibri Kc (basada en concentracions) no es veu afectada per canvis de pressió, però la posició d'equilibri pot canviar segons el principi de Le Chatelier.
Quan una reacció es inverteix, la nova constant d'equilibri (K') és el recíproc de la constant d'equilibri original: K' = 1/K. Això reflecteix el fet que el que eren productes ara són reactius, i viceversa.
Els catalitzadors no afecten la constant d'equilibri ni la posició d'equilibri. Només augmenten la velocitat a la qual s'arriba a l'equilibri reduint l'energia d'activació tant per a les reaccions directes com inverses per igual.
1def calculate_equilibrium_constant(reactants, products):
2 """
3 Calcular la constant d'equilibri per a una reacció química.
4
5 Paràmetres:
6 reactants -- llista de tuples (concentració, coeficient)
7 products -- llista de tuples (concentració, coeficient)
8
9 Retorna:
10 float -- la constant d'equilibri K
11 """
12 numerator = 1.0
13 denominator = 1.0
14
15 # Calcular el producte de [Productes]^coeficients
16 for concentration, coefficient in products:
17 numerator *= concentration ** coefficient
18
19 # Calcular el producte de [Reactius]^coeficients
20 for concentration, coefficient in reactants:
21 denominator *= concentration ** coefficient
22
23 # K = [Productes]^coeficients / [Reactius]^coeficients
24 return numerator / denominator
25
26# Exemple: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
27reactants = [(0.1, 1), (0.2, 3)] # [(concentració N₂, coeficient), (concentració H₂, coeficient)]
28products = [(0.3, 2)] # [(concentració NH₃, coeficient)]
29
30K = calculate_equilibrium_constant(reactants, products)
31print(f"Constant d'Equilibri (K): {K:.4f}")
321function calculateEquilibriumConstant(reactants, products) {
2 /**
3 * Calcular la constant d'equilibri per a una reacció química.
4 *
5 * @param {Array} reactants - Array de parells [concentració, coeficient]
6 * @param {Array} products - Array de parells [concentració, coeficient]
7 * @return {Number} La constant d'equilibri K
8 */
9 let numerator = 1.0;
10 let denominator = 1.0;
11
12 // Calcular el producte de [Productes]^coeficients
13 for (const [concentration, coefficient] of products) {
14 numerator *= Math.pow(concentration, coefficient);
15 }
16
17 // Calcular el producte de [Reactius]^coeficients
18 for (const [concentration, coefficient] of reactants) {
19 denominator *= Math.pow(concentration, coefficient);
20 }
21
22 // K = [Productes]^coeficients / [Reactius]^coeficients
23 return numerator / denominator;
24}
25
26// Exemple: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
27const reactants = [[0.2, 1], [0.1, 1]]; // [[concentració H₂, coeficient], [concentració I₂, coeficient]]
28const products = [[0.4, 2]]; // [[concentració HI, coeficient]]
29
30const K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
31console.log(`Constant d'Equilibri (K): ${K.toFixed(4)}`);
321' Funció VBA d'Excel per al Càlcul de la Constant d'Equilibri
2Function EquilibriumConstant(reactantConc As Range, reactantCoef As Range, productConc As Range, productCoef As Range) As Double
3 Dim numerator As Double
4 Dim denominator As Double
5 Dim i As Integer
6
7 numerator = 1
8 denominator = 1
9
10 ' Calcular el producte de [Productes]^coeficients
11 For i = 1 To productConc.Count
12 numerator = numerator * (productConc(i) ^ productCoef(i))
13 Next i
14
15 ' Calcular el producte de [Reactius]^coeficients
16 For i = 1 To reactantConc.Count
17 denominator = denominator * (reactantConc(i) ^ reactantCoef(i))
18 Next i
19
20 ' K = [Productes]^coeficients / [Reactius]^coeficients
21 EquilibriumConstant = numerator / denominator
22End Function
23
24' Ús a Excel:
25' =EquilibriumConstant(A1:A2, B1:B2, C1, D1)
26' On A1:A2 conté concentracions de reactius, B1:B2 conté coeficients de reactius,
27' C1 conté concentració de producte, i D1 conté coeficient de producte
281public class EquilibriumConstantCalculator {
2 /**
3 * Calcular la constant d'equilibri per a una reacció química.
4 *
5 * @param reactants Array de parells [concentració, coeficient]
6 * @param products Array de parells [concentració, coeficient]
7 * @return La constant d'equilibri K
8 */
9 public static double calculateEquilibriumConstant(double[][] reactants, double[][] products) {
10 double numerator = 1.0;
11 double denominator = 1.0;
12
13 // Calcular el producte de [Productes]^coeficients
14 for (double[] product : products) {
15 double concentration = product[0];
16 double coefficient = product[1];
17 numerator *= Math.pow(concentration, coefficient);
18 }
19
20 // Calcular el producte de [Reactius]^coeficients
21 for (double[] reactant : reactants) {
22 double concentration = reactant[0];
23 double coefficient = reactant[1];
24 denominator *= Math.pow(concentration, coefficient);
25 }
26
27 // K = [Productes]^coeficients / [Reactius]^coeficients
28 return numerator / denominator;
29 }
30
31 public static void main(String[] args) {
32 // Exemple: 2NO₂ ⇌ N₂O₄
33 double[][] reactants = {{0.04, 2}}; // {{concentració NO₂, coeficient}}
34 double[][] products = {{0.16, 1}}; // {{concentració N₂O₄, coeficient}}
35
36 double K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
37 System.out.printf("Constant d'Equilibri (K): %.4f%n", K);
38 }
39}
401#include <iostream>
2#include <vector>
3#include <cmath>
4
5/**
6 * Calcular la constant d'equilibri per a una reacció química.
7 *
8 * @param reactants Vector de parells (concentració, coeficient)
9 * @param products Vector de parells (concentració, coeficient)
10 * @return La constant d'equilibri K
11 */
12double calculateEquilibriumConstant(
13 const std::vector<std::pair<double, double>>& reactants,
14 const std::vector<std::pair<double, double>>& products) {
15
16 double numerator = 1.0;
17 double denominator = 1.0;
18
19 // Calcular el producte de [Productes]^coeficients
20 for (const auto& product : products) {
21 double concentration = product.first;
22 double coefficient = product.second;
23 numerator *= std::pow(concentration, coefficient);
24 }
25
26 // Calcular el producte de [Reactius]^coeficients
27 for (const auto& reactant : reactants) {
28 double concentration = reactant.first;
29 double coefficient = reactant.second;
30 denominator *= std::pow(concentration, coefficient);
31 }
32
33 // K = [Productes]^coeficients / [Reactius]^coeficients
34 return numerator / denominator;
35}
36
37int main() {
38 // Exemple: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
39 std::vector<std::pair<double, double>> reactants = {
40 {0.1, 1}, // {concentració N₂, coeficient}
41 {0.2, 3} // {concentració H₂, coeficient}
42 };
43
44 std::vector<std::pair<double, double>> products = {
45 {0.3, 2} // {concentració NH₃, coeficient}
46 };
47
48 double K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
49 std::cout << "Constant d'Equilibri (K): " << K << std::endl;
50
51 return 0;
52}
53Atkins, P. W., & De Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10a ed.). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12a ed.). McGraw-Hill Education.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2018). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (8a ed.). McGraw-Hill Education.
Laidler, K. J., & Meiser, J. H. (1982). Physical Chemistry. Benjamin/Cummings Publishing Company.
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11a ed.). Pearson.
Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2013). Chemistry (9a ed.). Cengage Learning.
Guldberg, C. M., & Waage, P. (1864). "Estudis sobre l'Afinitat" (Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania).
Van't Hoff, J. H. (1884). Études de dynamique chimique (Estudis en Dinàmica Química).
La nostra Calculadora de la Constant d'Equilibri fa que càlculs d'equilibri químic complexos siguin simples i accessibles. Tant si ets un estudiant treballant en deures de química, un professor preparant materials de classe, o un investigador analitzant la dinàmica de les reaccions, la nostra calculadora proporciona resultats precisos al moment.
Simplement introdueix els teus valors de concentració i coeficients estequiomètrics, i deixa que la nostra calculadora faci la resta. La interfície intuïtiva i els resultats clars fan que entendre l'equilibri químic sigui més fàcil que mai.
Comença a utilitzar la nostra Calculadora de la Constant d'Equilibri ara per estalviar temps i obtenir una comprensió més profunda de les teves reaccions químiques!
Descobreix més eines que podrien ser útils per al teu flux de treball