Apskaičiuokite pusiausvyros konstantą (K) bet kuriai cheminei reakcijai, įvesdami reagentų ir produktų koncentracijas. Puikus įrankis chemijos studentams, mokytojams ir tyrėjams.
Formulė
Pusiausvyros Konstantas (K)
1.0000
Pusiausvyros Konstantas (K): K = 1.0000
Pusiaukūros konstantas (K) yra pagrindinė chemijos sąvoka, kuri kiekybiškai apibūdina pusiaukūrą tarp reagentų ir produktų reversinėje cheminėje reakcijoje. Ši Pusiaukūros Konstantų Skaičiuoklė suteikia paprastą, tikslią priemonę nustatyti pusiaukūros konstantą bet kuriai cheminiai reakcijai, kai žinomos reagentų ir produktų koncentracijos pusiaukūros būsenoje. Nesvarbu, ar esate studentas, besimokantis apie cheminę pusiaukūrą, mokytojas, demonstruojantis pusiaukūros principus, ar tyrėjas, analizuojantis reakcijų dinamiką, ši skaičiuoklė siūlo paprastą sprendimą pusiaukūros konstantų skaičiavimui be sudėtingų rankinių skaičiavimų.
Cheminė pusiaukūra reiškia būseną, kurioje tiesioginės ir atvirkštinės reakcijos greičiai yra lygūs, todėl reagentų ir produktų koncentracijos laikui bėgant nesikeičia. Pusiaukūros konstantas suteikia kiekybinį šios pusiaukūros padėties matą – didelis K vertė rodo, kad reakcija palankesnė produktams, o maža K vertė rodo, kad pusiaukūroje palankesni reagentai.
Mūsų skaičiuoklė apdoroja reakcijas su keliais reagentais ir produktais, leidžianti jums įvesti koncentracijos vertes ir stechiometrinius koeficientus, kad gautumėte tikslias pusiaukūros konstantas akimirksniu. Rezultatai pateikiami aiškiu, lengvai suprantamu formatu, todėl sudėtingi pusiaukūros skaičiavimai tampa prieinami visiems.
Pusiaukūros konstantas (K) bendrai cheminės reakcijos yra apskaičiuojama naudojant šią formulę:
Cheminės reakcijos, atvaizduojamos kaip:
Kur:
Pusiaukūros konstantas apskaičiuojama kaip:
Kur:
Vienetai: Pusiaukūros konstantas paprastai yra be vienetų, kai visos koncentracijos išreiškiamos mol/L (Kc) arba kai dalinės spaudimas yra atmosferose (Kp).
Gryni Kietieji ir Skysčiai: Gryni kietieji ir skysčiai nėra įtraukiami į pusiaukūros išraišką, nes jų koncentracijos išlieka pastovios.
Temperatūros Priklausomybė: Pusiaukūros konstantas kinta su temperatūra pagal van't Hoff lygtį. Mūsų skaičiuoklė pateikia K vertes konkrečioje temperatūroje.
Koncentracijos Diapazonas: Skaičiuoklė apdoroja platų koncentracijos verčių diapazoną, nuo labai mažų (10^-6 mol/L) iki labai didelių (10^6 mol/L), pateikdama rezultatus mokslinėje notacijoje, kai tai tinkama.
Pusiaukūros konstantos skaičiavimas vykdomas šiais matematiniais žingsniais:
Nustatykite Reagentus ir Produktus: Nustatykite, kurios rūšys yra reagentai ir kurios yra produktai subalansuotoje cheminėje reakcijoje.
Nustatykite Koeficientus: Nustatykite kiekvienos rūšies stechiometrinį koeficientą iš subalansuotos reakcijos.
Pakelkite Koncentracijas iki Galių: Pakelkite kiekvieną koncentraciją iki jos koeficiento.
Padauginkite Produktų Koncentracijas: Padauginkite visas produktų koncentracijos reikšmes (pakeltas iki atitinkamų galių).
Padauginkite Reagentų Koncentracijas: Padauginkite visas reagentų koncentracijos reikšmes (pakeltas iki atitinkamų galių).
Padalinkite Produktus iš Reagentų: Padalinkite produktų koncentracijų produktą iš reagentų koncentracijų produkto.
Pavyzdžiui, reakcijai N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃:
Jei [NH₃] = 0.25 mol/L, [N₂] = 0.11 mol/L ir [H₂] = 0.03 mol/L:
Ši didelė K vertė rodo, kad reakcija stipriai palankesnė amoniako susidarymui pusiaukūros būsenoje.
Mūsų skaičiuoklė supaprastina pusiaukūros konstantų nustatymo procesą. Sekite šiuos žingsnius, kad ją efektyviai naudotumėte:
Pirmiausia pasirinkite reagentų ir produktų skaičių savo cheminėje reakcijoje naudodami išskleidžiamuosius meniu. Skaičiuoklė palaiko reakcijas su iki 5 reagentų ir 5 produktų, atitinkančių daugumą įprastų cheminių reakcijų.
Kiekvienam reagentui ir produktui įveskite:
Įsitikinkite, kad visos koncentracijos vertės yra teigiami skaičiai. Skaičiuoklė parodys klaidos pranešimą, jei bus įvestos neigiamos arba nulines vertės.
Pusiaukūros konstantas (K) automatiškai apskaičiuojamas, kai įvedate vertes. Rezultatas aiškiai pateikiamas "Rezultato" skyriuje.
Labai didelės arba labai mažos K vertės skaičiuoklė pateikia rezultatus mokslinėje notacijoje aiškumui (pvz., 1.234 × 10^5 vietoj 123400).
Jei reikia naudoti apskaičiuotą K vertę kitur, spustelėkite "Kopijuoti" mygtuką, kad nukopijuotumėte rezultatą į savo iškarpinę.
Galite modifikuoti bet kurią įvesties vertę, kad akimirksniu perskaičiuotumėte pusiaukūros konstantą. Ši funkcija yra naudinga:
Reakcijai: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
Duota:
Skaičiavimas:
Reakcijai: 2NO₂ ⇌ N₂O₄
Duota:
Skaičiavimas:
Reakcijai: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Duota:
Skaičiavimas:
Pusiaukūros konstantas yra galinga priemonė chemijoje, turinti daugybę pritaikymų:
Palyginus reakcijos koeficientą (Q) su pusiaukūros konstantu (K), chemikai gali numatyti, ar reakcija vyks link produktų, ar reagentų:
Pramoniniuose procesuose, pavyzdžiui, Haber proceso amoniako gamyboje, pusiaukūros konstantų supratimas padeda optimizuoti reakcijos sąlygas, kad maksimaliai padidintų derlių.
Vaistų kūrėjai naudoja pusiaukūros konstantas, kad suprastų, kaip vaistai jungiasi su receptoriais ir optimizuotų vaistų formules.
Pusiaukūros konstantai padeda numatyti teršalų elgesį natūraliose sistemose, įskaitant jų pasiskirstymą tarp vandens, oro ir dirvožemio fazių.
Biochemijoje pusiaukūros konstantai apibūdina fermentų-substrato sąveikas ir metabolinių kelių dinamiką.
Pusiaukūros konstantai yra būtini suprasti rūgščių-bazių titravimus, tirpumą ir kompleksų formavimą.
Nors pusiaukūros konstantas yra plačiai naudojamas, kelios susijusios sąvokos suteikia alternatyvius būdus analizuoti cheminę pusiaukūrą:
Ryšys tarp K ir ΔG yra pateiktas:
Kur:
Reakcijos koeficientas turi tokią pačią formą kaip K, tačiau naudoja ne pusiaukūros koncentracijas. Jis padeda nustatyti, kuriuo kryptimi reakcija vyks, kad pasiektų pusiaukūrą.
Cheminės pusiaukūros ir pusiaukūros konstantos sąvoka per pastaruosius du šimtmečius žymiai išsivystė:
Cheminės pusiaukūros pagrindus padėjo Claude Louis Berthollet apie 1803 m., kai jis pastebėjo, kad cheminės reakcijos gali būti reversinės. Jis pažymėjo, kad cheminės reakcijos kryptis priklauso ne tik nuo medžiagų reaktyvumo, bet ir nuo jų kiekių.
Norvegų mokslininkai Cato Maximilian Guldberg ir Peter Waage 1864 m. suformulavo Masės Veiksmų Įstatymą, kuris matematiškai apibūdino cheminę pusiaukūrą. Jie pasiūlė, kad cheminės reakcijos greitis yra proporcingas reagentų koncentracijų produktui, kiekvienam pakelto iki atitinkamų stechiometrinių koeficientų.
J. Willard Gibbs ir Jacobus Henricus van 't Hoff sukūrė termodinaminį cheminės pusiaukūros pagrindą XIX a. pabaigoje. Van 't Hoffo darbas apie pusiaukūros konstantų temperatūros priklausomybę (van't Hoff lygtis) buvo ypač svarbus.
XX a. pusiaukūros konstantų integracija su statistine mechanika ir kvantine mechanika suteikė gilesnį supratimą, kodėl cheminės pusiaukūros egzistuoja ir kaip jos susijusios su molekulinėmis savybėmis.
Šiandien kompiuterinė chemija leidžia prognozuoti pusiaukūros konstantas iš pirmųjų principų, naudojant kvantinius mechaninius skaičiavimus, kad nustatytų reakcijų energetiką.
Pusiaukūros konstantas (K) yra skaitinė vertė, kuri išreiškia santykį tarp produktų ir reagentų cheminėje pusiaukūroje. Ji rodo, kiek cheminė reakcija vyksta link pabaigos. Didelė K vertė (K > 1) rodo, kad pusiaukūroje palankesni produktai, o maža K vertė (K < 1) rodo, kad palankesni reagentai.
Temperatūra žymiai veikia pusiaukūros konstantą pagal Le Chatelier principą. Egzoendoterminėms reakcijoms (kurios išskiria šilumą) K mažėja, kai temperatūra didėja. Endoterminėms reakcijoms (kurios sugeria šilumą) K didėja, kai temperatūra didėja. Šis ryšys kiekybiškai aprašomas van't Hoff lygtimi.
Griežtai termodinaminiais terminais pusiaukūros konstantai yra be vienetų. Tačiau dirbant su koncentracijomis pusiaukūros konstantas gali pasirodyti turintis vienetus. Šie vienetai anuliuojasi, kai visos koncentracijos išreiškiamos standartiniais vienetais (paprastai mol/L Kc) ir kai reakcija yra subalansuota.
Gryni kietieji ir skysčiai nėra įtraukiami į pusiaukūros konstantų išraiškas, nes jų koncentracijos (tiksliau, jų aktyvumas) išlieka pastovios, nepriklausomai nuo to, kiek jų yra. Tai yra todėl, kad grynos medžiagos koncentracija priklauso nuo jų tankio ir molinės masės, kurios yra fiksuotos savybės.
Kc yra pusiaukūros konstantas, išreikštas molinėmis koncentracijomis (mol/L), o Kp yra išreikštas dalinėmis spaudimais (paprastai atmosferomis arba barais). Dujų fazės reakcijoms jie yra susiję su lygtimi: Kp = Kc(RT)^Δn, kur Δn yra dujų molių skaičiaus pokytis iš reagentų į produktus.
Pusiaukūros konstantos paprastai svyruoja nuo labai mažų (10^-50) iki labai didelių (10^50) priklausomai nuo reakcijos. Pagrįsta K vertė turėtų būti nuosekli su eksperimentiniais reakcijos stebėjimais. Gerai ištirtoms reakcijoms galite palyginti savo apskaičiuotą vertę su literatūrinėmis vertėmis.
Ne, pusiaukūros konstantai negali būti neigiami. Kadangi K atspindi koncentracijų santykį, pakeltą iki galių, jis visada turi būti teigiamas. Neigiama K pažeistų fundamentalius termodinamikos principus.
Reakcijoms, kuriose dalyvauja tik kondensuotos fazės (skysčiai ir kietieji), slėgis turi nereikšmingą poveikį pusiaukūros konstantai. Reakcijoms, kuriose dalyvauja dujos, pusiaukūros konstantas Kc (remiantis koncentracijomis) nėra paveiktas slėgio pokyčių, tačiau pusiaukūros padėtis gali pasikeisti pagal Le Chatelier principą.
Kai reakcija yra apverčiama, nauja pusiaukūros konstantas (K') yra atvirkštinė originalios pusiaukūros konstantos: K' = 1/K. Tai atspindi faktą, kad tai, kas buvo produktai, dabar yra reagentai, ir atvirkščiai.
Katalizatoriai neturi poveikio pusiaukūros konstantai ar pusiaukūros padėčiai. Jie tik padidina greitį, kuriuo pusiaukūra pasiekiama, sumažindami aktyvacijos energiją tiek tiesioginėms, tiek atvirkštinėms reakcijoms vienodai.
1def calculate_equilibrium_constant(reactants, products):
2 """
3 Apskaičiuokite pusiaukūros konstantą cheminėje reakcijoje.
4
5 Parametrai:
6 reactants -- reagentų (koncentracija, koeficientas) sąrašas
7 products -- produktų (koncentracija, koeficientas) sąrašas
8
9 Grąžina:
10 float -- pusiaukūros konstantą K
11 """
12 numerator = 1.0
13 denominator = 1.0
14
15 # Apskaičiuokite produktų [Produktai]^koeficientai
16 for concentration, coefficient in products:
17 numerator *= concentration ** coefficient
18
19 # Apskaičiuokite reagentų [Reagentai]^koeficientai
20 for concentration, coefficient in reactants:
21 denominator *= concentration ** coefficient
22
23 # K = [Produktai]^koeficientai / [Reagentai]^koeficientai
24 return numerator / denominator
25
26# Pavyzdys: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
27reactants = [(0.1, 1), (0.2, 3)] # [(N₂ koncentracija, koeficientas), (H₂ koncentracija, koeficientas)]
28products = [(0.3, 2)] # [(NH₃ koncentracija, koeficientas)]
29
30K = calculate_equilibrium_constant(reactants, products)
31print(f"Pusiaukūros Konstantas (K): {K:.4f}")
32
1function calculateEquilibriumConstant(reactants, products) {
2 /**
3 * Apskaičiuokite pusiaukūros konstantą cheminėje reakcijoje.
4 *
5 * @param {Array} reactants - [koncentracija, koeficientas] porų masyvas
6 * @param {Array} products - [koncentracija, koeficientas] porų masyvas
7 * @return {Number} Pusiaukūros konstantą K
8 */
9 let numerator = 1.0;
10 let denominator = 1.0;
11
12 // Apskaičiuokite produktų [Produktai]^koeficientai
13 for (const [concentration, coefficient] of products) {
14 numerator *= Math.pow(concentration, coefficient);
15 }
16
17 // Apskaičiuokite reagentų [Reagentai]^koeficientai
18 for (const [concentration, coefficient] of reactants) {
19 denominator *= Math.pow(concentration, coefficient);
20 }
21
22 // K = [Produktai]^koeficientai / [Reagentai]^koeficientai
23 return numerator / denominator;
24}
25
26// Pavyzdys: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
27const reactants = [[0.2, 1], [0.1, 1]]; // [[H₂ koncentracija, koeficientas], [I₂ koncentracija, koeficientas]]
28const products = [[0.4, 2]]; // [[HI koncentracija, koeficientas]]
29
30const K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
31console.log(`Pusiaukūros Konstantas (K): ${K.toFixed(4)}`);
32
1' Excel VBA funkcija pusiaukūros konstantos skaičiavimui
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 ' Apskaičiuokite produktų [Produktai]^koeficientai
11 For i = 1 To productConc.Count
12 numerator = numerator * (productConc(i) ^ productCoef(i))
13 Next i
14
15 ' Apskaičiuokite reagentų [Reagentai]^koeficientai
16 For i = 1 To reactantConc.Count
17 denominator = denominator * (reactantConc(i) ^ reactantCoef(i))
18 Next i
19
20 ' K = [Produktai]^koeficientai / [Reagentai]^koeficientai
21 EquilibriumConstant = numerator / denominator
22End Function
23
24' Naudojimas Excel:
25' =EquilibriumConstant(A1:A2, B1:B2, C1, D1)
26' Kur A1:A2 yra reagentų koncentracijos, B1:B2 yra reagentų koeficientai,
27' C1 yra produktų koncentracija, o D1 yra produktų koeficientas
28
1public class EquilibriumConstantCalculator {
2 /**
3 * Apskaičiuokite pusiaukūros konstantą cheminėje reakcijoje.
4 *
5 * @param reactants Reagentų [koncentracija, koeficientas] porų masyvas
6 * @param products Produktų [koncentracija, koeficientas] porų masyvas
7 * @return Pusiaukūros konstantą K
8 */
9 public static double calculateEquilibriumConstant(double[][] reactants, double[][] products) {
10 double numerator = 1.0;
11 double denominator = 1.0;
12
13 // Apskaičiuokite produktų [Produktai]^koeficientai
14 for (double[] product : products) {
15 double concentration = product[0];
16 double coefficient = product[1];
17 numerator *= Math.pow(concentration, coefficient);
18 }
19
20 // Apskaičiuokite reagentų [Reagentai]^koeficientai
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 = [Produktai]^koeficientai / [Reagentai]^koeficientai
28 return numerator / denominator;
29 }
30
31 public static void main(String[] args) {
32 // Pavyzdys: 2NO₂ ⇌ N₂O₄
33 double[][] reactants = {{0.04, 2}}; // {{NO₂ koncentracija, koeficientas}}
34 double[][] products = {{0.16, 1}}; // {{N₂O₄ koncentracija, koeficientas}}
35
36 double K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
37 System.out.printf("Pusiaukūros Konstantas (K): %.4f%n", K);
38 }
39}
40
1#include <iostream>
2#include <vector>
3#include <cmath>
4
5/**
6 * Apskaičiuokite pusiaukūros konstantą cheminėje reakcijoje.
7 *
8 * @param reactants Reagentų (koncentracija, koeficientas) porų vektorius
9 * @param products Produktų (koncentracija, koeficientas) porų vektorius
10 * @return Pusiaukūros konstantą 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 // Apskaičiuokite produktų [Produktai]^koeficientai
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 // Apskaičiuokite reagentų [Reagentai]^koeficientai
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 = [Produktai]^koeficientai / [Reagentai]^koeficientai
34 return numerator / denominator;
35}
36
37int main() {
38 // Pavyzdys: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
39 std::vector<std::pair<double, double>> reactants = {
40 {0.1, 1}, // {N₂ koncentracija, koeficientas}
41 {0.2, 3} // {H₂ koncentracija, koeficientas}
42 };
43
44 std::vector<std::pair<double, double>> products = {
45 {0.3, 2} // {NH₃ koncentracija, koeficientas}
46 };
47
48 double K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
49 std::cout << "Pusiaukūros Konstantas (K): " << K << std::endl;
50
51 return 0;
52}
53
Atkins, P. W., & De Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill Education.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2018). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (8th 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 (11th ed.). Pearson.
Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2013). Chemistry (9th ed.). Cengage Learning.
Guldberg, C. M., & Waage, P. (1864). "Studijos, Susijusios su Afinitetu" (Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania).
Van't Hoff, J. H. (1884). Études de dynamique chimique (Cheminės Dinamikos Tyrimai).
Mūsų Pusiaukūros Konstantų Skaičiuoklė padaro sudėtingus cheminės pusiaukūros skaičiavimus paprastus ir prieinamus. Nesvarbu, ar esate studentas, dirbantis chemijos namų darbus, mokytojas, rengiantis pamokų medžiagą, ar tyrėjas, analizuojantis reakcijų dinamiką, mūsų skaičiuoklė suteikia tikslius rezultatus akimirksniu.
Tiesiog įveskite savo koncentracijos vertes ir stechiometrinius koeficientus, ir leiskite mūsų skaičiuoklei atlikti likusį darbą. Intuityvi sąsaja ir aiškūs rezultatai padaro cheminės pusiaukūros supratimą lengvesnį nei bet kada.
Pradėkite naudoti mūsų Pusiaukūros Konstantų Skaičiuoklę dabar, kad sutaupytumėte laiko ir gautumėte gilesnių įžvalgų apie savo chemines reakcijas!
Raskite daugiau įrankių, kurie gali būti naudingi jūsų darbo eiga.