Calcula constants d'equilibri (Kp) per a reaccions químiques basades en pressions parcials i coeficients estequiomètrics. Essencial per a estudiants i professionals de química que analitzen reaccions en fase gasosa.
Calcula la constant d'equilibri (Kp) per a reaccions químiques basades en les pressions parcials i els coeficients estequiomètrics.
La constant d'equilibri Kp és un valor que indica la proporció de productes a reactants en equilibri per a una reacció química. Es calcula utilitzant les pressions parcials dels gasos elevades a la potència dels seus coeficients estequiomètrics. Un valor Kp gran indica que la reacció afavoreix els productes, mentre que un valor Kp petit indica que la reacció afavoreix els reactants.
El constant d'equilibri Kp és un concepte fonamental en química que quantifica la relació entre productes i reactius en una reacció química en equilibri. A diferència d'altres constants d'equilibri, Kp utilitza específicament les pressions parcials dels gasos per expressar aquesta relació, cosa que el fa particularment valuós per a reaccions en fase gasosa. Aquest calculador de valor Kp proporciona una manera senzilla de determinar el constant d'equilibri per a reaccions gasoses basant-se en les pressions parcials i els coeficients estequiomètrics.
En la termodinàmica química, el valor Kp indica si una reacció afavoreix la formació de productes o reactius a l'equilibri. Un gran valor de Kp (més gran que 1) indica que els productes són afavorits, mentre que un petit valor de Kp (menys que 1) suggereix que els reactius són predominants a l'equilibri. Aquesta mesura quantitativa és essencial per predir el comportament de la reacció, dissenyar processos químics i entendre la spontaneïtat de la reacció.
El nostre calculador simplifica el procés sovint complex de determinar els valors de Kp permetent-te introduir reactius i productes, els seus coeficients estequiomètrics i les pressions parcials per calcular automàticament el constant d'equilibri. Tant si ets un estudiant que aprèn conceptes d'equilibri químic com si ets un químic professional que analitza condicions de reacció, aquesta eina proporciona càlculs de Kp precisos sense la necessitat de càlcul manual.
El constant d'equilibri Kp per a una reacció general en fase gasosa es defineix per la següent fórmula:
Per a una reacció química representada com:
La fórmula de Kp es converteix en:
On:
Unitats: Les pressions parcials s'expressen normalment en atmosferes (atm), però es poden utilitzar altres unitats de pressió sempre que siguin consistents durant el càlcul.
Sòlids i Líquids Purs: Els sòlids i líquids purs no contribueixen a l'expressió de Kp ja que les seves activitats es consideren 1.
Dependència de la Temperatura: Els valors de Kp depenen de la temperatura. El calculador assumeix que els càlculs es realitzen a una temperatura constant.
Relació amb Kc: Kp (basat en pressions) està relacionat amb Kc (basat en concentracions) per l'equació: On és el canvi en el nombre de mols de gas en la reacció.
Estat Estàndard: Els valors de Kp es reporten normalment per a condicions estàndard (pressió de 1 atm).
Valors MOLT Grans o Petits: Per a reaccions amb constants d'equilibri molt grans o petites, el calculador mostra els resultats en notació científica per a la claredat.
Pressions Zero: Les pressions parcials han de ser més grans que zero, ja que els valors zero provocarien errors matemàtics en el càlcul.
Comportament de Gas No Ideal: El calculador assumeix un comportament de gas ideal. Per a sistemes d'alta pressió o gasos reals, poden ser necessàries correccions.
El nostre calculador de Kp està dissenyat per ser intuïtiu i fàcil d'usar. Segueix aquests passos per calcular el constant d'equilibri per a la teva reacció química:
Per a cada reactiu de la teva equació química:
Si la teva reacció té múltiples reactius, fes clic al botó "Afegir Reactiu" per afegir més camps d'entrada.
Per a cada producte de la teva equació química:
Si la teva reacció té múltiples productes, fes clic al botó "Afegir Producte" per afegir més camps d'entrada.
Calculem el valor de Kp per a la reacció: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
Donat:
Càlcul:
El valor de Kp per a aquesta reacció és 160, indicant que la reacció afavoreix fortament la formació de productes en les condicions donades.
El constant d'equilibri Kp té nombroses aplicacions en química i camps relacionats:
Una de les principals utilitzacions de Kp és predir la direcció en què una reacció procedirà per arribar a l'equilibri:
En entorns industrials, els valors de Kp ajuden a optimitzar les condicions de reacció per a un màxim rendiment:
Els valors de Kp són crucials per entendre la química atmosfèrica i la contaminació:
En el desenvolupament de medicaments, els valors de Kp ajuden a entendre:
Els càlculs de Kp són fonamentals en:
Si bé Kp és valuós per a reaccions en fase gasosa, altres constants d'equilibri poden ser més apropiades en diferents contextos:
Kc utilitza concentracions molars en lloc de pressions parcials i sovint és més convenient per a:
Aquestes constants especialitzades s'utilitzen per a:
Ksp s'utilitza específicament per a:
El concepte d'equilibri químic i constants d'equilibri ha evolucionat significativament al llarg dels segles:
La base per entendre l'equilibri químic va començar amb observacions de reaccions reversibles. Claude Louis Berthollet (1748-1822) va fer observacions pioneres durant la campanya egípcia de Napoleó, assenyalant que el carbonat de sodi es formava naturalment als marges dels llacs salats, contràriament a la creença predominant que les reaccions químiques sempre procedien a la seva finalització.
El tractament matemàtic de l'equilibri químic va emergir a mitjans del segle XIX:
La comprensió moderna de Kp es va solidificar amb principis termodinàmics:
Els avenços recents han refinat la nostra comprensió i aplicació de Kp:
Kp utilitza les pressions parcials dels gasos en la seva expressió, mentre que Kc utilitza concentracions molars. Estan relacionades per l'equació:
On R és la constant dels gasos, T és la temperatura en Kelvin, i Δn és el canvi en el nombre de mols de gas dels reactius als productes. Per a reaccions on el nombre de mols de gas no canvia (Δn = 0), Kp és igual a Kc.
La temperatura afecta significativament els valors de Kp. Per a reaccions exoèrmiques (aquelles que alliberen calor), Kp disminueix a mesura que augmenta la temperatura. Per a reaccions endoèrmiques (aquelles que absorbeixen calor), Kp augmenta amb la temperatura. Aquesta relació es descriu mitjançant l'equació de van't Hoff:
On ΔH° és el canvi d'enthalpia estàndard de la reacció.
Canviar la pressió total no canvia directament el valor de Kp a una temperatura donada. No obstant això, els canvis de pressió poden desplaçar la posició de l'equilibri d'acord amb el principi de Le Chatelier. Per a reaccions on el nombre de mols de gas canvia, augmentar la pressió afavorirà el costat amb menys mols de gas.
No, els valors de Kp no poden ser negatius. Com que és una raó entre termes de productes i reactius, el constant d'equilibri és sempre un número positiu. Valors molt petits (aproximadament zero) indiquen reaccions que afavoreixen fortament els reactius, mentre que valors molt grans indiquen reaccions que afavoreixen fortament els productes.
Els valors de Kp molt grans o petits és millor expressar-los mitjançant notació científica. Per exemple, en lloc d'escriure Kp = 0.0000025, escriu Kp = 2.5 × 10⁻⁶. De la mateixa manera, en lloc de Kp = 25000000, escriu Kp = 2.5 × 10⁷. El nostre calculador formata automàticament valors extrems en notació científica per a la claredat.
Un valor de Kp exactament igual a 1 significa que els productes i reactius estan presents en igual activitat termodinàmica a l'equilibri. Això no vol dir necessàriament que les concentracions o pressions siguin iguals, ja que els coeficients estequiomètrics afecten el càlcul.
Els sòlids i líquids purs no apareixen en l'expressió de Kp perquè les seves activitats es defineixen com a 1. Només els gasos (i de vegades els soluts en solució) contribueixen al càlcul de Kp. Per exemple, en la reacció CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), l'expressió de Kp és simplement Kp = PCO₂.
Sí, si coneixes el valor de Kp i totes les pressions parcials excepte una, pots resoldre per la pressió desconeguda. Per a reaccions complexes, això pot implicar resoldre equacions polinòmiques.
Els càlculs estàndard de Kp assumeixen un comportament de gas ideal. Per a gasos reals a altes pressions o baixes temperatures, aquesta suposició introdueix errors. Càlculs més precisos substitueixen les pressions per fugacitats, que tenen en compte el comportament no ideal.
Kp està directament relacionat amb el canvi d'energia lliure estàndard (ΔG°) d'una reacció per l'equació:
Aquesta relació explica per què Kp és dependent de la temperatura i proporciona una base termodinàmica per a la predicció de la spontaneïtat.
1' Funció d'Excel per calcular el valor de Kp
2Function CalculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients)
3 ' Inicialitzar numerador i denominador
4 Dim numerator As Double
5 Dim denominator As Double
6 numerator = 1
7 denominator = 1
8
9 ' Calcular terme de producte
10 For i = 1 To UBound(productPressures)
11 numerator = numerator * (productPressures(i) ^ productCoefficients(i))
12 Next i
13
14 ' Calcular terme de reactant
15 For i = 1 To UBound(reactantPressures)
16 denominator = denominator * (reactantPressures(i) ^ reactantCoefficients(i))
17 Next i
18
19 ' Retornar valor de Kp
20 CalculateKp = numerator / denominator
21End Function
22
23' Exemple d'ús:
24' =CalculateKp({0.8,0.5},{2,1},{0.2,0.1},{3,1})
251def calculate_kp(product_pressures, product_coefficients, reactant_pressures, reactant_coefficients):
2 """
3 Calcular el constant d'equilibri Kp per a una reacció química.
4
5 Paràmetres:
6 product_pressures (list): Pressions parcials dels productes en atm
7 product_coefficients (list): Coeficients estequiomètrics dels productes
8 reactant_pressures (list): Pressions parcials dels reactius en atm
9 reactant_coefficients (list): Coeficients estequiomètrics dels reactius
10
11 Retorna:
12 float: El valor de Kp calculat
13 """
14 if len(product_pressures) != len(product_coefficients) or len(reactant_pressures) != len(reactant_coefficients):
15 raise ValueError("Les llistes de pressió i coeficients han de tenir la mateixa longitud")
16
17 # Calcular numerador (productes)
18 numerator = 1.0
19 for pressure, coefficient in zip(product_pressures, product_coefficients):
20 if pressure <= 0:
21 raise ValueError("Les pressions parcials han de ser positives")
22 numerator *= pressure ** coefficient
23
24 # Calcular denominador (reactius)
25 denominator = 1.0
26 for pressure, coefficient in zip(reactant_pressures, reactant_coefficients):
27 if pressure <= 0:
28 raise ValueError("Les pressions parcials han de ser positives")
29 denominator *= pressure ** coefficient
30
31 # Retornar valor de Kp
32 return numerator / denominator
33
34# Exemple d'ús:
35# N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
36product_pressures = [0.8] # NH₃
37product_coefficients = [2]
38reactant_pressures = [0.5, 0.2] # N₂, H₂
39reactant_coefficients = [1, 3]
40
41kp = calculate_kp(product_pressures, product_coefficients, reactant_pressures, reactant_coefficients)
42print(f"Valor de Kp: {kp}")
431/**
2 * Calcular el constant d'equilibri Kp per a una reacció química
3 * @param {Array<number>} productPressures - Pressions parcials dels productes en atm
4 * @param {Array<number>} productCoefficients - Coeficients estequiomètrics dels productes
5 * @param {Array<number>} reactantPressures - Pressions parcials dels reactius en atm
6 * @param {Array<number>} reactantCoefficients - Coeficients estequiomètrics dels reactius
7 * @returns {number} El valor de Kp calculat
8 */
9function calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients) {
10 // Validar les matrius d'entrada
11 if (productPressures.length !== productCoefficients.length ||
12 reactantPressures.length !== reactantCoefficients.length) {
13 throw new Error("Les matrius de pressió i coeficients han de tenir la mateixa longitud");
14 }
15
16 // Calcular numerador (productes)
17 let numerator = 1;
18 for (let i = 0; i < productPressures.length; i++) {
19 if (productPressures[i] <= 0) {
20 throw new Error("Les pressions parcials han de ser positives");
21 }
22 numerator *= Math.pow(productPressures[i], productCoefficients[i]);
23 }
24
25 // Calcular denominador (reactius)
26 let denominator = 1;
27 for (let i = 0; i < reactantPressures.length; i++) {
28 if (reactantPressures[i] <= 0) {
29 throw new Error("Les pressions parcials han de ser positives");
30 }
31 denominator *= Math.pow(reactantPressures[i], reactantCoefficients[i]);
32 }
33
34 // Retornar valor de Kp
35 return numerator / denominator;
36}
37
38// Exemple d'ús:
39// N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
40const productPressures = [0.8]; // NH₃
41const productCoefficients = [2];
42const reactantPressures = [0.5, 0.2]; // N₂, H₂
43const reactantCoefficients = [1, 3];
44
45const kp = calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients);
46console.log(`Valor de Kp: ${kp}`);
471import java.util.Arrays;
2
3public class KpCalculator {
4 /**
5 * Calcular el constant d'equilibri Kp per a una reacció química
6 * @param productPressures Pressions parcials dels productes en atm
7 * @param productCoefficients Coeficients estequiomètrics dels productes
8 * @param reactantPressures Pressions parcials dels reactius en atm
9 * @param reactantCoefficients Coeficients estequiomètrics dels reactius
10 * @return El valor de Kp calculat
11 */
12 public static double calculateKp(double[] productPressures, int[] productCoefficients,
13 double[] reactantPressures, int[] reactantCoefficients) {
14 // Validar les matrius d'entrada
15 if (productPressures.length != productCoefficients.length ||
16 reactantPressures.length != reactantCoefficients.length) {
17 throw new IllegalArgumentException("Les matrius de pressió i coeficients han de tenir la mateixa longitud");
18 }
19
20 // Calcular numerador (productes)
21 double numerator = 1.0;
22 for (int i = 0; i < productPressures.length; i++) {
23 if (productPressures[i] <= 0) {
24 throw new IllegalArgumentException("Les pressions parcials han de ser positives");
25 }
26 numerator *= Math.pow(productPressures[i], productCoefficients[i]);
27 }
28
29 // Calcular denominador (reactius)
30 double denominator = 1.0;
31 for (int i = 0; i < reactantPressures.length; i++) {
32 if (reactantPressures[i] <= 0) {
33 throw new IllegalArgumentException("Les pressions parcials han de ser positives");
34 }
35 denominator *= Math.pow(reactantPressures[i], reactantCoefficients[i]);
36 }
37
38 // Retornar valor de Kp
39 return numerator / denominator;
40 }
41
42 public static void main(String[] args) {
43 // Exemple: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
44 double[] productPressures = {0.8}; // NH₃
45 int[] productCoefficients = {2};
46 double[] reactantPressures = {0.5, 0.2}; // N₂, H₂
47 int[] reactantCoefficients = {1, 3};
48
49 double kp = calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients);
50 System.out.printf("Valor de Kp: %.4f%n", kp);
51 }
52}
531calculate_kp <- function(product_pressures, product_coefficients,
2 reactant_pressures, reactant_coefficients) {
3 # Validar les matrius d'entrada
4 if (length(product_pressures) != length(product_coefficients) ||
5 length(reactant_pressures) != length(reactant_coefficients)) {
6 stop("Les matrius de pressió i coeficients han de tenir la mateixa longitud")
7 }
8
9 # Comprovar si les pressions són positives
10 if (any(product_pressures <= 0) || any(reactant_pressures <= 0)) {
11 stop("Totes les pressions parcials han de ser positives")
12 }
13
14 # Calcular numerador (productes)
15 numerator <- prod(product_pressures ^ product_coefficients)
16
17 # Calcular denominador (reactius)
18 denominator <- prod(reactant_pressures ^ reactant_coefficients)
19
20 # Retornar valor de Kp
21 return(numerator / denominator)
22}
23
24# Exemple d'ús:
25# N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
26product_pressures <- c(0.8) # NH₃
27product_coefficients <- c(2)
28reactant_pressures <- c(0.5, 0.2) # N₂, H₂
29reactant_coefficients <- c(1, 3)
30
31kp <- calculate_kp(product_pressures, product_coefficients,
32 reactant_pressures, reactant_coefficients)
33cat(sprintf("Valor de Kp: %.4f\n", kp))
34Aquí hi ha alguns exemples treballats per il·lustrar els càlculs de Kp per a diferents tipus de reaccions:
Per a la reacció: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
Donat:
El valor de Kp de 160 indica que aquesta reacció afavoreix fortament la formació d'amònia en les condicions donades.
Per a la reacció: CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)
Donat:
El valor de Kp de 6 indica que la reacció afavoreix moderadament la formació de productes en les condicions donades.
Per a la reacció: CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)
Donat:
El valor de Kp és igual a la pressió parcial de CO₂ a l'equilibri.
Per a la reacció: 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)
Donat:
El valor de Kp de 2.4 indica que la reacció afavoreix una mica la formació del dimè a les condicions donades.
Atkins, 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.
Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2016). Chemistry (10a ed.). Cengage Learning.
Levine, I. N. (2008). Physical Chemistry (6a ed.). McGraw-Hill Education.
Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2017). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (8a ed.). McGraw-Hill Education.
IUPAC. (2014). Compendium of Chemical Terminology (el "Gold Book"). Blackwell Scientific Publications.
Laidler, K. J., & Meiser, J. H. (1982). Physical Chemistry. Benjamin/Cummings Publishing Company.
Sandler, S. I. (2017). Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics (5a ed.). John Wiley & Sons.
McQuarrie, D. A., & Simon, J. D. (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books.
El nostre Calculador de Valor Kp proporciona una manera ràpida i precisa de determinar constants d'equilibri per a reaccions en fase gasosa. Tant si estàs estudiant per a un examen de química, realitzant investigació, o resolent problemes industrials, aquesta eina simplifica càlculs complexos i t'ajuda a entendre millor l'equilibri químic.
Comença a utilitzar el calculador ara per:
Per a més eines i calculadores de química, explora els nostres altres recursos sobre cinètica química, termodinàmica i enginyeria de reaccions.
Descobreix més eines que podrien ser útils per al teu flux de treball