Apskaičiuokite pusiausvyros konstantas (Kp) cheminėms reakcijoms, remiantis dalinėmis slėgiais ir stoichiometriniais koeficientais. Būtina chemijos studentams ir profesionalams, analizuojantiems dujinės fazės reakcijas.
Apskaičiuokite pusiausvyros konstantą (Kp) cheminėms reakcijoms, remiantis dalinėmis slėgiais ir stoichiometriniais koeficientais.
Pusiausvyros konstanta Kp yra vertė, rodanti produktų ir reaktantų santykį pusiausvyroje cheminėje reakcijoje. Ji apskaičiuojama naudojant dujų dalinius slėgius, pakeltus į jų stoichiometrinių koeficientų laipsnį. Didelė Kp vertė rodo, kad reakcija palaiko produktus, o maža Kp vertė rodo, kad reakcija palaiko reaktantus.
Pusiausvyros konstantas Kp yra pagrindinė chemijos sąvoka, kuri kiekybiškai apibūdina ryšį tarp produktų ir reagentų cheminėje reakcijoje pusiausvyros būsenoje. Skirtingai nuo kitų pusiausvyros konstantų, Kp konkrečiai naudoja dujų dalinių slėgių vertes, kad išreikštų šį ryšį, todėl jis ypač vertingas dujų fazės reakcijoms. Ši Kp vertės skaičiuoklė suteikia paprastą būdą nustatyti pusiausvyros konstantą dujinėms reakcijoms, remiantis daliniais slėgiais ir stoichiometriniais koeficientais.
Cheminėje termodinamikos srityje Kp vertė rodo, ar reakcija skatina produktų ar reagentų susidarymą pusiausvyroje. Didelė Kp vertė (didesnė nei 1) rodo, kad produktai yra skatinami, o maža Kp vertė (mažesnė nei 1) rodo, kad reagentai dominuoja pusiausvyroje. Šis kiekybinis matmuo yra būtinas prognozuojant reakcijų elgseną, projektuojant cheminius procesus ir suprantant reakcijų spontaniškumą.
Mūsų skaičiuoklė supaprastina dažnai sudėtingą Kp verčių nustatymo procesą, leidžiant jums įvesti reagentus ir produktus, jų stoichiometrinius koeficientus ir dalinius slėgius, kad automatiškai apskaičiuotumėte pusiausvyros konstantą. Nesvarbu, ar esate studentas, besimokantis cheminės pusiausvyros sąvokų, ar profesionalus chemikas, analizuojantis reakcijos sąlygas, šis įrankis suteikia tikslius Kp skaičiavimus be rankinių skaičiavimų poreikio.
Pusiausvyros konstantas Kp bendroje dujų fazės reakcijoje apibrėžiamas šia formule:
Cheminės reakcijos, kuri gali būti pavaizduota kaip:
Kp formulė tampa:
Kur:
Vienetai: Daliniai slėgiai paprastai išreiškiami atmosferomis (atm), tačiau gali būti naudojami ir kiti slėgio vienetai, jei jie yra nuoseklūs visame skaičiavime.
Gryni Kietieji ir Skysčiai: Gryni kietieji ir skysčiai nedalyvauja Kp išraiškoje, nes jų aktyvumas laikomas 1.
Temperatūros Priklausomybė: Kp vertės yra priklausomos nuo temperatūros. Skaičiuoklė daro prielaidą, kad skaičiavimai atliekami pastovioje temperatūroje.
Ryšys su Kc: Kp (remiantis slėgiais) yra susijęs su Kc (remiantis koncentracijomis) pagal lygtį: Kur yra dujų molių skaičiaus pokytis reakcijoje.
Standartinė Būklė: Kp vertės paprastai pateikiamos standartinėmis sąlygomis (1 atm slėgis).
Labai Didelės ar Mažos Vertės: Reakcijoms su labai didelėmis ar mažomis pusiausvyros konstantomis skaičiuoklė rodo rezultatus mokslinėje notacijoje aiškumui.
Nuliniai Slėgiai: Daliniai slėgiai turi būti didesni už nulį, nes nuliniai vertės sukeltų matematines klaidas skaičiavime.
Neidealios Dujų Elgsenos: Skaičiuoklė daro prielaidą, kad elgiasi idealios dujos. Didelio slėgio sistemoms ar realioms dujoms gali prireikti pataisymų.
Mūsų Kp skaičiuoklė sukurta taip, kad būtų intuityvi ir patogi naudoti. Sekite šiuos žingsnius, kad apskaičiuotumėte pusiausvyros konstantą savo cheminėje reakcijoje:
Kiekvienam reagentui jūsų cheminėje lygtis:
Jei jūsų reakcija turi kelis reagentus, spustelėkite mygtuką "Pridėti Reagentą", kad pridėtumėte daugiau įvesties laukelių.
Kiekvienam produktui jūsų cheminėje lygtis:
Jei jūsų reakcija turi kelis produktus, spustelėkite mygtuką "Pridėti Produktą", kad pridėtumėte daugiau įvesties laukelių.
Apskaičiuokime Kp vertę reakcijai: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
Duota:
Skaičiavimas:
Kp vertė šiai reakcijai yra 160, rodanti, kad reakcija stipriai skatina produktų susidarymą esant nurodytoms sąlygoms.
Pusiausvyros konstantas Kp turi daugybę taikymo sričių chemijoje ir susijusiose srityse:
Vienas iš pagrindinių Kp naudojimo būdų yra prognozuoti kryptį, kuria reakcija vyks, kad pasiektų pusiausvyrą:
Pramoniniuose nustatymuose Kp vertės padeda optimizuoti reakcijos sąlygas maksimaliai išeigai:
Kp vertės yra būtinos suprasti atmosferos chemiją ir taršą:
Vaistų kūrime Kp vertės padeda suprasti:
Kp skaičiavimai yra pagrindiniai:
Nors Kp yra vertingas dujų fazės reakcijoms, kitos pusiausvyros konstantos gali būti tinkamesnės kitose kontekstuose:
Kc naudoja molines koncentracijas vietoj dalinių slėgių ir dažnai yra patogesnis:
Šios specializuotos konstantos naudojamos:
Ksp naudojamas konkrečiai:
Cheminės pusiausvyros ir pusiausvyros konstantų sąvoka per šimtmečius žymiai išsivystė:
Pagrindas cheminei pusiausvyrai suprasti prasidėjo nuo stebėjimų apie atvirkštines reakcijas. Claude Louis Berthollet (1748-1822) padarė pionieriškus stebėjimus Napoleono Egipto kampanijos metu, pastebėdamas, kad natrio karbonatas natūraliai susidaro druskos ežerų pakraščiuose - priešingai nei tuo metu vyravusi nuomonė, kad cheminės reakcijos visada vyksta iki galo.
Matematinis cheminės pusiausvyros apdorojimas atsirado 19 a. viduryje:
Modernus Kp supratimas buvo patvirtintas termodinaminiais principais:
Naujausi pasiekimai patobulino mūsų supratimą ir Kp taikymą:
Kp naudoja dujų dalinius slėgius savo išraiškoje, o Kc naudoja molines koncentracijas. Jie yra susiję pagal lygtį:
Kur R yra dujų konstanta, T yra temperatūra Kelvinuose, o Δn yra dujų molių skaičiaus pokytis. Reakcijoms, kuriose dujų molių skaičius nesikeičia (Δn = 0), Kp lygu Kc.
Temperatūra žymiai veikia Kp vertes. Egzoterminėms reakcijoms (kurios išskiria šilumą) Kp mažėja, kai temperatūra didėja. Endoterminėms reakcijoms (kurios sugeria šilumą) Kp didėja su temperatūra. Šis ryšys aprašomas van't Hoff lygtimi:
Kur ΔH° yra standartinis reakcijos entalpijos pokytis.
Bendras slėgio pokytis tiesiogiai nekeičia Kp vertės esant pastoviai temperatūrai. Tačiau slėgio pokyčiai gali perkelti pusiausvyros padėtį pagal Le Chatelier principą. Reakcijoms, kuriose keičiasi dujų molių skaičius, didinant slėgį, bus skatinama pusė su mažesniu dujų molių skaičiumi.
Ne, Kp vertės negali būti neigiamos. Kaip produktų ir reagentų terminų santykis, pusiausvyros konstantos visada yra teigiamos. Labai mažos vertės (artimos nuliui) rodo, kad reakcijos stipriai skatina reagentus, o labai didelės vertės rodo, kad reakcijos stipriai skatina produktus.
Labai didelės ar mažos Kp vertės geriausiai išreiškiamos mokslinėje notacijoje. Pavyzdžiui, vietoj Kp = 0.0000025 rašykite Kp = 2.5 × 10⁻⁶. Panašiai, vietoj Kp = 25000000 rašykite Kp = 2.5 × 10⁷. Mūsų skaičiuoklė automatiškai formatuoja ekstremalias vertes mokslinėje notacijoje aiškumui.
Kp vertė, lygi 1, reiškia, kad produktai ir reagentai yra esantys lygiaverčiai termodinaminėje veikloje pusiausvyroje. Tai nereiškia, kad koncentracijos ar slėgiai yra lygūs, nes stoichiometriniai koeficientai veikia skaičiavimą.
Gryni kietieji ir skysčiai nedalyvauja Kp išraiškoje, nes jų aktyvumas yra apibrėžiamas kaip 1. Tik dujos (ir kartais tirpikliai tirpale) prisideda prie Kp skaičiavimo. Pavyzdžiui, reakcijoje CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) Kp išraiška yra tiesiog Kp = PCO₂.
Taip, jei žinote Kp vertę ir visus, išskyrus vieną, dalinius slėgius, galite apskaičiuoti nežinomą slėgį. Sudėtingoms reakcijoms tai gali apimti polinominių lygties sprendimą.
Standartiniai Kp skaičiavimai daro prielaidą, kad elgiasi idealios dujos. Realios dujos dideliame slėgyje ar mažoje temperatūroje gali sukelti klaidų. Tikslesni skaičiavimai pakeičia slėgius fugacijomis, kurios atsižvelgia į neidealų elgesį.
Kp tiesiogiai susijęs su standartiniu Gibbs laisvos energijos pokyčiu (ΔG°) reakcijos pagal lygtį:
Šis ryšys paaiškina, kodėl Kp yra priklausomas nuo temperatūros ir suteikia termodinaminį pagrindą prognozuojant spontaniškumą.
1' Excel funkcija Kp vertės apskaičiavimui
2Function CalculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients)
3 ' Inicializuoti skaitiklį ir vardiklį
4 Dim numerator As Double
5 Dim denominator As Double
6 numerator = 1
7 denominator = 1
8
9 ' Apskaičiuoti produktų terminą
10 For i = 1 To UBound(productPressures)
11 numerator = numerator * (productPressures(i) ^ productCoefficients(i))
12 Next i
13
14 ' Apskaičiuoti reagentų terminą
15 For i = 1 To UBound(reactantPressures)
16 denominator = denominator * (reactantPressures(i) ^ reactantCoefficients(i))
17 Next i
18
19 ' Grąžinti Kp vertę
20 CalculateKp = numerator / denominator
21End Function
22
23' Pavyzdžio naudojimas:
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 Apskaičiuoti pusiausvyros konstantą Kp cheminėje reakcijoje.
4
5 Parametrai:
6 product_pressures (list): Produktų daliniai slėgiai atm
7 product_coefficients (list): Produktų stoichiometriniai koeficientai
8 reactant_pressures (list): Reagentų daliniai slėgiai atm
9 reactant_coefficients (list): Reagentų stoichiometriniai koeficientai
10
11 Grąžina:
12 float: Apskaičiuota Kp vertė
13 """
14 if len(product_pressures) != len(product_coefficients) or len(reactant_pressures) != len(reactant_coefficients):
15 raise ValueError("Slėgio ir koeficientų sąrašai turi būti vienodo ilgio")
16
17 # Apskaičiuoti skaitiklį (produktai)
18 numerator = 1.0
19 for pressure, coefficient in zip(product_pressures, product_coefficients):
20 if pressure <= 0:
21 raise ValueError("Daliniai slėgiai turi būti teigiami")
22 numerator *= pressure ** coefficient
23
24 # Apskaičiuoti vardiklį (reagentai)
25 denominator = 1.0
26 for pressure, coefficient in zip(reactant_pressures, reactant_coefficients):
27 if pressure <= 0:
28 raise ValueError("Daliniai slėgiai turi būti teigiami")
29 denominator *= pressure ** coefficient
30
31 # Grąžinti Kp vertę
32 return numerator / denominator
33
34# Pavyzdžio naudojimas:
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"Kp vertė: {kp}")
431/**
2 * Apskaičiuoti pusiausvyros konstantą Kp cheminėje reakcijoje
3 * @param {Array<number>} productPressures - Produktų daliniai slėgiai atm
4 * @param {Array<number>} productCoefficients - Produktų stoichiometriniai koeficientai
5 * @param {Array<number>} reactantPressures - Reagentų daliniai slėgiai atm
6 * @param {Array<number>} reactantCoefficients - Reagentų stoichiometriniai koeficientai
7 * @returns {number} Apskaičiuota Kp vertė
8 */
9function calculateKp(productPressures, productCoefficients, reactantPressures, reactantCoefficients) {
10 // Patikrinti įvesties masyvus
11 if (productPressures.length !== productCoefficients.length ||
12 reactantPressures.length !== reactantCoefficients.length) {
13 throw new Error("Slėgio ir koeficientų masyvai turi būti vienodo ilgio");
14 }
15
16 // Apskaičiuoti skaitiklį (produktai)
17 let numerator = 1;
18 for (let i = 0; i < productPressures.length; i++) {
19 if (productPressures[i] <= 0) {
20 throw new Error("Daliniai slėgiai turi būti teigiami");
21 }
22 numerator *= Math.pow(productPressures[i], productCoefficients[i]);
23 }
24
25 // Apskaičiuoti vardiklį (reagentai)
26 let denominator = 1;
27 for (let i = 0; i < reactantPressures.length; i++) {
28 if (reactantPressures[i] <= 0) {
29 throw new Error("Daliniai slėgiai turi būti teigiami");
30 }
31 denominator *= Math.pow(reactantPressures[i], reactantCoefficients[i]);
32 }
33
34 // Grąžinti Kp vertę
35 return numerator / denominator;
36}
37
38// Pavyzdžio naudojimas:
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(`Kp vertė: ${kp}`);
471import java.util.Arrays;
2
3public class KpCalculator {
4 /**
5 * Apskaičiuoti pusiausvyros konstantą Kp cheminėje reakcijoje
6 * @param productPressures Produktų daliniai slėgiai atm
7 * @param productCoefficients Produktų stoichiometriniai koeficientai
8 * @param reactantPressures Reagentų daliniai slėgiai atm
9 * @param reactantCoefficients Reagentų stoichiometriniai koeficientai
10 * @return Apskaičiuota Kp vertė
11 */
12 public static double calculateKp(double[] productPressures, int[] productCoefficients,
13 double[] reactantPressures, int[] reactantCoefficients) {
14 // Patikrinti įvesties masyvus
15 if (productPressures.length != productCoefficients.length ||
16 reactantPressures.length != reactantCoefficients.length) {
17 throw new IllegalArgumentException("Slėgio ir koeficientų masyvai turi būti vienodo ilgio");
18 }
19
20 // Apskaičiuoti skaitiklį (produktai)
21 double numerator = 1.0;
22 for (int i = 0; i < productPressures.length; i++) {
23 if (productPressures[i] <= 0) {
24 throw new IllegalArgumentException("Daliniai slėgiai turi būti teigiami");
25 }
26 numerator *= Math.pow(productPressures[i], productCoefficients[i]);
27 }
28
29 // Apskaičiuoti vardiklį (reagentai)
30 double denominator = 1.0;
31 for (int i = 0; i < reactantPressures.length; i++) {
32 if (reactantPressures[i] <= 0) {
33 throw new IllegalArgumentException("Daliniai slėgiai turi būti teigiami");
34 }
35 denominator *= Math.pow(reactantPressures[i], reactantCoefficients[i]);
36 }
37
38 // Grąžinti Kp vertę
39 return numerator / denominator;
40 }
41
42 public static void main(String[] args) {
43 // Pavyzdys: 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("Kp vertė: %.4f%n", kp);
51 }
52}
531calculate_kp <- function(product_pressures, product_coefficients,
2 reactant_pressures, reactant_coefficients) {
3 # Patikrinti įvesties vektorius
4 if (length(product_pressures) != length(product_coefficients) ||
5 length(reactant_pressures) != length(reactant_coefficients)) {
6 stop("Slėgio ir koeficientų vektoriai turi būti vienodo ilgio")
7 }
8
9 # Patikrinti teigiamus slėgius
10 if (any(product_pressures <= 0) || any(reactant_pressures <= 0)) {
11 stop("Visi daliniai slėgiai turi būti teigiami")
12 }
13
14 # Apskaičiuoti skaitiklį (produktai)
15 numerator <- prod(product_pressures ^ product_coefficients)
16
17 # Apskaičiuoti vardiklį (reagentai)
18 denominator <- prod(reactant_pressures ^ reactant_coefficients)
19
20 # Grąžinti Kp vertę
21 return(numerator / denominator)
22}
23
24# Pavyzdžio naudojimas:
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("Kp vertė: %.4f\n", kp))
34Štai keletas pavyzdžių, iliustruojančių Kp skaičiavimus įvairioms reakcijoms:
Reakcijai: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
Duota:
Kp vertė 160 rodo, kad ši reakcija stipriai skatina produktų susidarymą esant nurodytoms sąlygoms.
Reakcijai: CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)
Duota:
Kp vertė 6 rodo, kad reakcija vidutiniškai skatina produktų susidarymą esant nurodytoms sąlygoms.
Reakcijai: CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)
Duota:
Kp vertė lygi CO₂ daliniam slėgiui pusiausvyroje.
Reakcijai: 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)
Duota:
Kp vertė 2.4 rodo, kad reakcija šiek tiek skatina dimero susidarymą esant nurodytoms sąlygoms.
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.
Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2016). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.
Levine, I. N. (2008). Physical Chemistry (6th ed.). McGraw-Hill Education.
Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2017). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (8th ed.). McGraw-Hill Education.
IUPAC. (2014). Compendium of Chemical Terminology (the "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 (5th ed.). John Wiley & Sons.
McQuarrie, D. A., & Simon, J. D. (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books.
Mūsų Kp Vertės Skaičiuoklė suteikia greitą ir tikslią būdą nustatyti pusiausvyros konstantas dujinėms reakcijoms. Nesvarbu, ar mokotės chemijos egzamino, atliekate tyrimus ar sprendžiate pramoninius klausimus, šis įrankis supaprastina sudėtingus skaičiavimus ir padeda geriau suprasti cheminę pusiausvyrą.
Pradėkite naudoti skaičiuoklę dabar, kad:
Dėl daugiau chemijos įrankių ir skaičiuoklių, tyrinėkite mūsų kitus išteklius cheminės kinetikos, termodinamikos ir reakcijų inžinerijos srityse.
Raskite daugiau įrankių, kurie gali būti naudingi jūsų darbo eiga.