Калкулатор Количника Реакције - Бесплатно Израчунавање Q Вредности

Шта је калкулатор реакционог количника?

Калкулатор реакционог количника одређује вредност Q, број који упоређује количину производа са количином реактанта у хемијској реакцији у било ком тренутку. Ради за реакције са највише три реактанта и три производа. Унесите стехиометријски коефицијент сваке врсте (њен број у уравнотеженој једначини) и моларну концентрацију, а калкулатор приказује Q заједно са формулом и уврштеним вредностима.

Шта је реакциони количник (Q)?

Реакциони количник је однос концентрација производа и концентрација реактаната, при чему се свака концентрација подиже на степен који одговара њеном стехиометријском коефицијенту у уравнотеженој једначини. Може се израчунати у било којој тачки током реакције, не само у равнотежи. Поређење Q са константом равнотеже K показује у ком смеру реакција напредује.

Формула реакционог количника

За општу реакцију

$aA + bB \rightarrow cC + dD$

реакциони количник је

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

Овде су [A], [B], [C] и [D] моларне концентрације (mol/L), а a, b, c и d су целобројни коефицијенти из уравнотежене једначине. Калкулатор исписује исто правило у општем облику као Q = (∏[Products]^ν) / (∏[Reactants]^ν), где ∏ значи „помножити све чланове“, а ν означава коефицијент сваке врсте. Чврсте супстанце и чисте течности изостављају се из израза, јер се њихове концентрације не мењају током реакције.

Како израчунати реакциони количник

1. Напишите уравнотежену хемијску једначину.
2. Забележите коефицијент сваког реактанта и производа.
3. Одредите концентрацију сваке врсте, у mol/L, у тренутку који вас занима.
4. Степенујте сваку концентрацију коефицијентом те врсте.
5. Помножите чланове који се односе на производе да бисте добили бројилац, а чланове који се односе на реактанте да бисте добили именилац.
6. Поделите бројилац имениоцем.

Пример са решењем

Посматрајмо реакцију у којој настаје амонијак:

$N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g)$

Претпоставимо да су концентрације $[N_2] = 0.5\text{ M}$, $[H_2] = 0.2\text{ M}$ и $[NH_3] = 0.1\text{ M}$.

$Q = \frac{[NH_3]^2}{[N_2]^1[H_2]^3} = \frac{(0.1)^2}{(0.5)(0.2)^3} = \frac{0.01}{0.004} = 2.5$

Q у овом тренутку реакције износи 2,5.

Q у односу на константу равнотеже (K)

Q и K користе исту формулу, али K је вредност коју Q има када реакција престане да се мења, односно када достигне равнотежу, при сталној температури. Њиховим поређењем може се предвидети у ком смеру ће се реакција померити:

• Q < K: реакција напредује, па настаје више производа.
• Q = K: реакција је у равнотежи; концентрације престају да се мењају.
• Q > K: реакција се одвија у обрнутом смеру, па настаје више реактаната.

Нулте и недефинисане вредности Q

Ако је концентрација неког производа једнака нули, а све концентрације реактаната су веће од нуле, бројилац је једнак нули, па је Q једнак 0. То је уобичајено на почетку реакције, пре него што настане већа количина производа.

Ако је концентрација било ког реактанта једнака нули, именилац је једнак нули, па Q математички није дефинисан. Калкулатор овај случај означава упозорењем и приказује резултат као ∞, јер количник расте без ограничења док се концентрација реактанта приближава нули.

Ако су и неки реактант и неки производ једнаки нули, количник је 0 подељено са 0, што нема једну јединствену вредност. Калкулатор прво примењује правило за нулту концентрацију реактанта, па приказује ∞ и упозорење.

Примене реакционог количника

Хемичари користе Q да предвиде у ком смеру ће се реакција померити када се концентрације промене, што је повезано с Ле Шатељеовим принципом: додавање веће количине реактанта снижава Q испод K, па се реакција одвија унапред све док се Q поново не повећа до вредности K. Q се појављује и у Нернстовој једначини, $E = E^\circ - \frac{RT}{nF}\ln Q$, која повезује напон електрохемијске ћелије с концентрацијама укључених врста, као и у релацији између слободне енергије и напредовања реакције, $\Delta G = \Delta G^\circ + RT\ln Q$. Хемичари у индустрији прате Q да би проценили колико је процес удаљен од равнотеже и прилагодили услове ради већег приноса.

Историја

Норвешки хемичари Като Гулдберг и Петер Воге предложили су закон дејства маса 1864. Према њему, брзине реакција зависе од концентрација супстанци које учествују у реакцији. Ова идеја довела је до константе равнотеже K. Џ. Вилард Гибс је касније повезао хемијску равнотежу са слободном енергијом током 1870-их, чиме је Q добио своје место у термодинамици: реакција се одвија у смеру у којем се смањује слободна енергија система, а Q мери колико је систем удаљен од минимума слободне енергије који представља K.

Како користити калкулатор

1. Изаберите број реактаната (1 до 3) и производа (1 до 3).
2. За сваку врсту унесите њен коефицијент из уравнотежене једначине. Коефицијенти морају бити цели бројеви од 1 навише.
3. Унесите концентрацију сваке врсте у mol/L. Концентрације морају бити нула или позитиван број.
4. У одељку с резултатима прочитајте вредност Q, заједно с формулом и уврштеним бројевима.

Најчешће постављана питања

Која је разлика између Q и K? Рачунају се по истој формули. Q се може одредити у било којој тачки реакције; K је вредност коју Q има када реакција достигне равнотежу при одређеној температури.

Може ли Q бити једнак нули? Да. Ако је концентрација неког производа једнака нули, док су све концентрације реактаната веће од нуле, бројилац израза за Q једнак је нули, па је Q једнак нули.

Може ли Q бити недефинисан? Да. Ако је концентрација било ког реактанта једнака нули, именилац је једнак нули, због чега Q у строгом математичком смислу није дефинисан. Калкулатор овај случај приказује као ∞ и приказује упозорење.

Да ли температура утиче на Q? Температура не улази непосредно у формулу за Q, али мења K и може да промени концентрације које се користе у Q. Упоредите Q са вредношћу K измереном на истој температури.

Да ли се чврсте супстанце и течности појављују у изразу за Q? Не. Чврсте супстанце и чисте течности изостављају се, јер њихове концентрације остају константне током реакције. Укључују се само растворене и гасовите врсте.

Зашто се концентрације степенују? Степен одговара коефицијенту сваке врсте у уравнотеженој једначини, у складу са законом дејства маса. У реакцији 2 A → B, удвостручавање [A] повећава члан који се односи на реактант четири пута (2²), што одражава чињеницу да два мола A реагују на сваки настали мол B.

Референце

1. Аткинс, P. W. и де Паула, J. (2014). Аткинсова физичка хемија (10. изд.). Oxford University Press.
2. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12. издање). McGraw-Hill Education.
3. Петручи, Р. Х., Херинг, Ф. Г., Мадура, Џ. Д. и Бизонет, К. (2016). Општа хемија: принципи и савремене примене (11. изд.). Пирсон.
4. Браун, Т. Л., ЛеМеј, Х. Е., Бурстен, Б. Е., Марфи, К. Џ., Вудворд, П. М. и Штолцфус, М. В. (2017). Хемија: централна наука (14. изд.). Пирсон.