Что такое константа равновесия? - уравнение равновесия, динамическое и химическое равновесие

Что такое динамическое равновесие?
Итак, давайте определим равновесие. Динамическое равновесие, или химическое равновесие, относится к состоянию, в котором находится химическая реакция, когда прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью, что означает, что концентрации продуктов и реагентов остаются постоянными. Скорость, с которой продукты образуются из реагентов, такая же, как и скорость, с которой продукты расщепляются обратно на реагенты.

Имейте в виду, что это не означает, что концентрации реагентов и продуктов обязательно должны быть одинаковыми, просто скорости образования равны, поэтому общего изменения концентрации нет.

Связанная концепция называется гомеостазом, который, когда живой организм поддерживает свой рН, метаболизм, температуру и т. Д. в узком диапазоне благодаря саморегулирующемуся процессу. Это состояние может находиться или не находиться в фактическом равновесии.

Динамическое равновесие против химического равновесия
Динамическое равновесие и химическое равновесие эквивалентны в большинстве случаев. Химическое равновесие относится к химической реакции, при которой реагенты и продукты находятся в равновесии. Возьмем, к примеру, физический процесс без химических изменений, например, диффузию газов между контейнерами. Если бы это достигло равновесия, то это было бы формой динамического равновесия, но не формой химического равновесия.

Что такое константа равновесия? Что это означает?
Константа равновесия, K, представляет степень реакции, когда она находится в равновесии. Он использует концентрации и коэффициенты каждого реагента и продукта для формирования соотношения. Из значения K мы можем понять, какая реакция больше благоприятствует реагентам или продуктам, и, следовательно, где находится положение равновесия.

Если K> 1, положение равновесия лежит справа, что означает, что в реакции благоприятствует образованию продуктов.

Если K < 1, положение равновесия лежит слева, что означает благоприятное образование реагентов.

Аналогичным образом, если K = 1, это указывает на то, что положение равновесия находится непосредственно в центре, поэтому ни продукты, ни реагенты не являются предпочтительными.

Стоит отметить, что значение K и то, что оно указывает на реакцию, изменяется с температурой. Это связано с тем, что растворимость вещества может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от температуры; из-за этого концентрации и, следовательно, равновесие реакции также могут изменяться с температурой.

Уравнение равновесия
Как рассчитать константу равновесия
Для уравнения равновесия aA + bB ? cC + dD константу равновесия можно найти, используя формулу K = [C] c [D] d / [A] a [B] b, где K - константа. Концентрации всех продуктов указаны в числителе, а концентрации всех реагентов - в знаменателе; затем каждый компонент возводится в степень их удельного коэффициента. Константа равновесия равна константе скорости прямой реакции, деленной на константу скорости обратной реакции.

Это соотношение, константа равновесия, известно как закон массового действия. Закон гласит, во-первых, что скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрациям ее реагентов. Во-вторых, и это более важно для нас прямо сейчас, в нем также говорится, что соотношение концентраций реагентов и продуктов является постоянным для реакции при равновесии. Эта константа известна как константа равновесия, K.

Также стоит отметить, что соотношение K = [C] c[D] d / [A] a[B] b прямо эквивалентно K = k вперед / k назад, где k вперед - константа скорости для прямой реакции, а k назад - константа скорости для обратная реакция:

Скорость вперед = k вперед x [A] a [B] b и скорость назад = k назад x [C] c [D] d
Таким образом, k вперед / k назад = [C] c[D] d / [A] a [B] b = K.

Это уравнение также объясняет, почему K указывает степень реакции. Если K> 1, то числитель, представленный концентрацией продуктов, больше. Если K < 1, то знаменатель, представленный концентрацией реагентов, больше.

Имейте в виду при вычислении K!
Чтобы рассчитать коэффициент равновесия, сначала напишите уравнение сбалансированного химического равновесия. Учитывая закон действия массы, коэффициенты каждого вещества имеют значение, поэтому важно, чтобы уравнение было правильно сбалансировано.

Кроме того, убедитесь, что выражение концентраций всех растворов согласовано. Это очень важно, потому что K определяется с использованием концентраций продуктов и реагентов. Чаще всего растворы выражаются в М или иногда в молях, если все растворы находятся в одном объеме. Твердым веществам, жидкостям и растворителям присваивается значение 1, поэтому их концентрации не влияют на значение K. Таким образом, только водные растворы и газы учитываются в выражении константы равновесия.

Как найти константу равновесия из других, известных значений K
Также можно найти константу равновесия для реакции, используя значения K для других известных реакций. В этих случаях необходимо соблюдать несколько установленных правил:

При объединении 2 или более реакций для создания новой, умножьте все существующие значения K вместе, чтобы получить константу равновесия для новой реакции. K новых = K 1 x K 2 x K 3 x …

При умножении всей реакции на числовой коэффициент N возведите существующее значение K в степень N, чтобы получить новую константу. K новых = (K оригинальных)N

При реверсировании реакции возьмите значение, обратное существующему значению K, чтобы получить новое. K новых = 1 / K оригинальных
При выполнении комбинации этих операций применяйте каждый шаг по мере необходимости. Например, если реакцию X сначала обратить вспять, а затем добавить к другой реакции Y, то K new = (1 / K X) x (K Y)

Связанный: Каков коэффициент реакции?
Коэффициент реакции Q очень похож на константу равновесия, с одним существенным отличием. Коэффициент реакции - это мера степени реакции в любой данный момент, а не только при равновесии. Это означает, что он учитывает относительные количества (концентрации) реагентов и продуктов в данный момент времени. В этом ключе Q = [C] c [D] d / [A] a [B] b, при этом концентрации реагентов и продуктов представляют их фактические концентрации в данный момент времени.