Likevektskonstant Kalkulator (K) - Beregn Kc for Kjemiske Reaksjoner

Hva er en likevektskonstant?

En reaksjon som kan gå både forover og bakover, er en reversibel reaksjon. Den når likevekt når foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen skjer med samme hastighet, slik at mengdene av hvert stoff slutter å endre seg. Likevektskonstanten (K) er et tall som sammenligner mengden produkt med mengden reaktant på dette tidspunktet. Denne kalkulatoren finner K ut fra konsentrasjonene og koeffisientene du oppgir.

Formel for likevektskonstanten

For en balansert reaksjon:

$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$

er uttrykket for likevektskonstanten:

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

Produktene står øverst, og reaktantene står nederst. Hakeparentesene betyr «konsentrasjon i mol per liter (mol/L)». Hver konsentrasjon opphøyes i potensen som tilsvarer koeffisienten i den balanserte ligningen.

Slik beregnes likevektskonstanten

1. Skriv den balanserte ligningen og noter hver koeffisient.
2. Finn hver konsentrasjon ved likevekt, ikke ved starten av reaksjonen.
3. Opphøy hver konsentrasjon i potensen som tilsvarer koeffisienten.
4. Multipliser produktleddene med hverandre, multipliser reaktantleddene med hverandre, og divider deretter det første resultatet med det andre.

Eksempel: Dannelse av hydrogenjodid

Reaksjonen H₂ + I₂ ⇌ 2HI når likevekt i en lukket beholder. Anta at likevektskonsentrasjonene er:

• [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 er her et moderat tall, så målbare mengder av både reaktanter og produkter finnes fortsatt ved likevekt.

Eksempel: Syntese av ammoniakk (Haber-prosessen)

Reaksjonen N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ produserer ammoniakk til gjødsel. Anta at disse likevektskonsentrasjonene måles:

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

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

Koeffisienten 3 for H₂ blir en eksponent på 3 i formelen. En K-verdi over 100 betyr at reaksjonen favoriserer produkter under disse betingelsene.

Hva som inngår i likevektsuttrykket

Bare gasser og oppløste stoffer inngår i K. Rene faste stoffer og rene væsker utelates fordi konsentrasjonen deres forblir den samme uansett hvor mye som finnes. For reaksjonen CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) er uttrykket ganske enkelt K = [CO₂]. De to faste stoffene utelates.

En K-verdi gjelder bare ved temperaturen den ble målt ved. Når temperaturen endres, endres selve K. Trykk og katalysatorer påvirker hvor raskt en reaksjon når likevekt, men ingen av dem endrer verdien av K.

Typer likevektskonstanter

Kjemikere bruker ulike betegnelser avhengig av hva som måles.

• Kc: basert på konsentrasjoner i mol/L. Dette er det kalkulatoren ovenfor beregner.
• Kp: basert på partialtrykkene til gasser, og knyttet til Kc gjennom Kp = Kc(RT)^Δn.
• Ka og Kb: beskriver hvor langt en svak syre eller svak base spaltes i vann.
• Ksp: beskriver hvor mye av et fast stoff som løses i vann; kalles løselighetsproduktet.

Alle følger samme regel: produkter over reaktanter, der hvert ledd opphøyes i potensen som tilsvarer koeffisienten.

Bruk av kalkulatoren

Velg hvor mange reaktanter og produkter reaksjonen har, opptil fem av hver. For hvert stoff oppgir du konsentrasjonen i mol/L og koeffisienten fra den balanserte ligningen. Kalkulatoren multipliserer ut begge sider og dividerer automatisk.

Hver konsentrasjon må være større enn null, og hver koeffisient må være et helt tall på 1 eller mer. Hvis du oppgir noe annet, markeres feltet med en feil, og ingen resultater vises. Resultater mellom 0,001 og 1000 vises med fire desimaler, for eksempel 8,0000. Verdier over 1000 eller under 0,001 vises i stedet i vitenskapelig notasjon, slik at 12 340 vises som 1.2340e+4.

K oppgis som et rent tall uten enhet. Kjemikere sammenligner vanligvis hver konsentrasjon med en standard på 1 mol/L før beregningen, slik at enhetene forkortes bort.

En vanlig feil er å oppgi startkonsentrasjoner i stedet for likevektskonsentrasjoner. Det gir reaksjonskvotienten Q i stedet for K. Q bruker samme formel som K, men kan beregnes når som helst under reaksjonen, ikke bare ved likevekt. Ved å sammenligne Q med K ser man hvilken vei reaksjonen fortsatt må forskyves: Hvis Q er mindre enn K, går reaksjonen mot produktene; hvis Q er større enn K, går den mot reaktantene.

Ofte stilte spørsmål

Hva betyr en stor eller liten K-verdi?

En K-verdi som er mye større enn 1, betyr at reaksjonen favoriserer produkter ved likevekt. En K-verdi som er mye mindre enn 1, betyr at den favoriserer reaktanter. En K-verdi nær 1 betyr at begge sider finnes i omtrent like store mengder.

Hvorfor utelates faste stoffer og væsker fra K-uttrykket?

Fordi konsentrasjonen deres ikke endres. En blokk av et fast stoff har samme tetthet enten den er stor eller liten, så å ta den med ville bare multiplisere K med en konstant, som aldri endres.

Endrer temperaturen K?

Ja. Når temperaturen økes, øker K for reaksjoner som tar opp varme, og K synker for reaksjoner som avgir varme. En K-verdi er bare gyldig ved temperaturen den ble funnet ved.

Endrer trykk eller en katalysator K?

Nei. En katalysator øker hastigheten som en reaksjon når likevekt med, men forskyver ikke selve likevekten. Trykk kan endre konsentrasjonene av gasser ved likevekt, men K beregnet fra de nye konsentrasjonene forblir den samme.

Kan K være negativ?

Nei. K beregnes ut fra konsentrasjoner, som alltid er positive, opphøyd i positive heltallspotenser, så K er alltid positiv. Kalkulatoren avviser en konsentrasjon på null eller mindre og viser en feil i stedet for et tall.

Hva er forskjellen mellom K og Q?

K beskriver en reaksjon når den har nådd likevekt. Q bruker samme formel, men gjelder konsentrasjoner på et hvilket som helst annet tidspunkt. Ved å sammenligne Q med K kan man forutsi hvilken retning reaksjonen vil forskyves i.

Historikk

De norske kjemikerne Cato Guldberg og Peter Waage foreslo massevirkningsloven i 1864. Den førte til uttrykket for likevektskonstanten som brukes i dag. Den nederlandske kjemikeren Jacobus van 't Hoff klarla senere hvordan K avhenger av temperaturen, som en del av forskningen som ga ham den første Nobelprisen i kjemi i 1901.