Līdzsvara konstantes kalkulators (K) - Aprēķiniet Kc ķīmiskajām reakcijām

Kas ir līdzsvara konstante?

Reakciju, kas var norisināties gan uz priekšu, gan atpakaļ, sauc par atgriezenisku reakciju. Tā sasniedz līdzsvaru, kad tiešā un pretējā reakcija norisinās ar vienādu ātrumu, tāpēc katras vielas daudzums vairs nemainās. Līdzsvara konstante (K) ir skaitlis, kas šajā stāvoklī salīdzina produkta daudzumu ar reaģenta daudzumu. Šis kalkulators aprēķina K, izmantojot ievadītās koncentrācijas un koeficientus.

Līdzsvara konstantes formula

Līdzsvarotai reakcijai:

$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$

līdzsvara konstantes formula ir:

$K = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$

Produkti tiek rakstīti augšdaļā, bet reaģenti — apakšdaļā. Kvadrātiekavas nozīmē “koncentrācija molos uz litru (mol/L)”. Katru koncentrāciju kāpina pakāpē, kas vienāda ar tās koeficientu līdzsvarotajā vienādojumā.

Kā aprēķināt līdzsvara konstanti

Uzrakstiet līdzsvaroto vienādojumu un atzīmējiet katru koeficientu.
Atrodiet katru koncentrāciju līdzsvara stāvoklī, nevis reakcijas sākumā.
Katru koncentrāciju kāpiniet pakāpē, kas vienāda ar tās koeficientu.
Sareiziniet produktu locekļus, sareiziniet reaģentu locekļus un pēc tam pirmo rezultātu izdaliet ar otro.

Piemērs: ūdeņraža jodīda veidošanās

Reakcija H₂ + I₂ ⇌ 2HI sasniedz līdzsvaru noslēgtā traukā. Pieņemsim, ka līdzsvara koncentrācijas ir šādas:

[H₂] = 0,2 mol/L
[I₂] = 0,1 mol/L
[HI] = 0,4 mol/L

$K = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]} = \frac{(0.4)^2}{0.2 \times 0.1} = \frac{0.16}{0.02} = 8.0$

K šeit ir mērens skaitlis, tāpēc līdzsvara stāvoklī saglabājas izmērāmi abu reaģentu un produktu daudzumi.

Piemērs: amonjaka sintēze (Hābera process)

Reakcijā N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ iegūst amonjaku mēslojuma ražošanai. Pieņemsim, ka ir izmērītas šādas līdzsvara koncentrācijas:

[N₂] = 0,10 mol/L
[H₂] = 0,20 mol/L
[NH₃] = 0,30 mol/L

$K = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} = \frac{(0.30)^2}{0.10 \times (0.20)^3} = \frac{0.09}{0.0008} = 112.5$

Koeficients 3 pie H₂ formulā kļūst par kāpinātāju 3. K vērtība, kas pārsniedz 100, nozīmē, ka šādos apstākļos reakcija dod priekšroku produktu veidošanai.

Kas tiek iekļauts līdzsvara izteiksmē

K izteiksmē parādās tikai gāzes un izšķīdušās vielas. Tīras cietās vielas un tīri šķidrumi tiek izlaisti, jo to koncentrācija nemainās neatkarīgi no vielas daudzuma. Reakcijai CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) izteiksme ir vienkārši K = [CO₂]. Abas cietās vielas tiek izlaistas.

K vērtība attiecas tikai uz temperatūru, kurā tā izmērīta. Temperatūras maiņa maina arī pašu K. Spiediens un katalizatori ietekmē to, cik ātri reakcija sasniedz līdzsvaru, taču neviens no tiem nemaina K vērtību.

Līdzsvara konstantu veidi

Ķīmiķi izmanto atšķirīgus apzīmējumus atkarībā no tā, ko mēra.

Kc: balstās uz koncentrācijām mol/L. To aprēķina iepriekš minētais kalkulators.
Kp: balstās uz gāzu parciālajiem spiedieniem; ar Kc to saista vienādojums Kp = Kc(RT)^Δn.
Ka un Kb: raksturo, cik lielā mērā vāja skābe vai vāja bāze disociē ūdenī.
Ksp: raksturo, cik daudz cietās vielas izšķīst ūdenī; to sauc par šķīdības reizinājumu.

Uz katru no tām attiecas viens un tas pats noteikums: produkti virs reaģentiem, katrs kāpināts sava koeficienta pakāpē.

Kalkulatora izmantošana

Izvēlieties, cik reaģentu un produktu ir reakcijā — ne vairāk kā piecus no katra. Katrai vielai ievadiet tās koncentrāciju mol/L un koeficientu no līdzsvarotā vienādojuma. Kalkulators automātiski sareizina abas puses un veic dalīšanu.

Katrai koncentrācijai jābūt lielākai par nulli, un katram koeficientam jābūt veselam skaitlim, kas ir 1 vai lielāks. Ievadot jebko citu, laukā tiek parādīta kļūda un rezultāts netiek rādīts. Rezultāti no 0,001 līdz 1000 tiek parādīti ar četrām zīmēm aiz komata, piemēram, 8,0000. Ja vērtība pārsniedz 1000 vai ir mazāka par 0,001, tiek izmantots eksponenciālais pieraksts, tāpēc 12 340 tiek parādīts kā 1.2340e+4.

K tiek norādīts kā parasts skaitlis bez mērvienības. Ķīmiķi parasti pirms aprēķina salīdzina katru koncentrāciju ar standartu 1 mol/L, tādējādi mērvienības saīsinās.

Bieži pieļauta kļūda ir sākuma koncentrāciju ievadīšana līdzsvara koncentrāciju vietā. Tādā gadījumā iegūst reakcijas kvocientu Q, nevis K. Q izmanto tādu pašu formulu kā K, taču to var aprēķināt jebkurā reakcijas brīdī, ne tikai līdzsvara stāvoklī. Salīdzinot Q ar K, var noteikt, kurā virzienā reakcijai vēl jāmainās: ja Q ir mazāks par K, reakcija virzās produktu veidošanās virzienā; ja Q ir lielāks par K, reakcija virzās reaģentu virzienā.

Biežāk uzdotie jautājumi

Ko nozīmē liela vai maza K vērtība?

Ja K ir daudz lielāks par 1, līdzsvara stāvoklī reakcija virzās produktu veidošanās virzienā. Ja K ir daudz mazāks par 1, tā virzās reaģentu veidošanās virzienā. Ja K ir tuvs 1, abas puses ir līdzīgos daudzumos.

Kāpēc cietās vielas un šķidrumi netiek iekļauti K izteiksmē?

Tāpēc, ka to koncentrācija nemainās. Cietas vielas gabalam ir vienāds blīvums neatkarīgi no tā, vai tas ir liels vai mazs, tāpēc tā iekļaušana tikai reizinātu K ar konstanti, kas nekad nemainās.

Vai temperatūra maina K?

Jā. Temperatūras paaugstināšana palielina K reakcijām, kas absorbē siltumu, un samazina K reakcijām, kas izdala siltumu. K vērtība ir derīga tikai tajā temperatūrā, kurā tā noteikta.

Vai spiediens vai katalizators maina K?

Nē. Katalizators paātrina reakcijas nonākšanu līdzsvara stāvoklī, bet pats līdzsvars nemainās. Spiediens var mainīt gāzu koncentrācijas līdzsvara stāvoklī, taču K, kas aprēķināts no šīm jaunajām koncentrācijām, paliek tāds pats.

Vai K var būt negatīvs?

Nē. K iegūst no koncentrācijām, kas vienmēr ir pozitīvas, tās kāpinot pozitīvās veselās pakāpēs, tāpēc K vienmēr ir pozitīvs. Kalkulators nepieņem koncentrāciju, kas ir nulle vai mazāka, un skaitļa vietā parāda kļūdu.

Kāda ir atšķirība starp K un Q?

K raksturo reakciju pēc tam, kad tā sasniegusi līdzsvaru. Q izmanto tādu pašu formulu, taču koncentrācijas ņem no jebkura cita reakcijas brīža. Q salīdzinājums ar K ļauj paredzēt, kurā virzienā reakcija nākamreiz mainīsies.

Vēsture

Norvēģu ķīmiķi Kato Gulbergs un Peters Vāge masas darbības likumu ierosināja 1864. Tas noveda pie mūsdienās izmantotās līdzsvara konstantes izteiksmes. Nīderlandiešu ķīmiķis Jakobs Henriks van 't Hofs vēlāk noskaidroja, kā K ir atkarīgs no temperatūras; šie pētījumi bija daļa no darba, par kuru viņš saņēma pirmo Nobela prēmiju ķīmijā 1901.

Līdzsvara konstantes kalkulators (K) - Aprēķiniet Kc ķīmiskajām reakcijām