• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Stała równowagi

    Przeczytaj także...
    Stężenie molowe (M, Cm) roztworu – liczba moli danej substancji chemicznej jaką zawiera 1 dm roztworu. Dawniej nazywane było również molarnością roztworu.Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.
    Ciśnienie cząstkowe (ciśnienie parcjalne) - ciśnienie, jakie wywierałby dany składnik mieszaniny gazów, gdyby w tej samej temperaturze sam zajmował objętość całej mieszaniny.

    Stała równowagi – współczynnik opisujący stan równowagi odwracalnych reakcji chemicznych. Stała ta jest równa ilorazowi reakcji w stanie doskonałej równowagi, t.j. w sytuacji gdy szybkość reakcji w stronę od substratów do produktów i od produktów do substratów jest dokładnie taka sama.

    Aktywność molowa związków chemicznych to efektywne stężenie tych substancji, uwzględniające odchylenia tych związków od zachowania idealnego, wynikające ze zjawisk dyfuzyjnych, lepkościowych lub elektromagnetycznych mających miejsce w stężonych roztworach lub gazach pod wysokim ciśnieniem.Stała gazowa (uniwersalna stała gazowa) (oznaczana jako R) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

    Zgodnie z prawem działania mas Guldberga-Waagego, dla reakcji: mA + nB ⇌ pC + qD

    wyrażenie na stałą równowagi ma postać:

    gdzie nawiasy kwadratowe oznaczają stężenia molowe w przypadku roztworów lub molowe ciśnienia cząstkowe w przypadku gazów w stanie idealnej równowagi.

    Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.Chemia fizyczna, fizykochemia – jeden z głównych działów chemii zajmujący się poznaniem zjawisk fizycznych występujących w trakcie i na skutek przemian (reakcji) chemicznych. Chemia fizyczna zajmuje się także własnościami fizycznymi związków chemicznych wynikającymi bezpośrednio z ich struktury chemicznej. Ze względu na najwyższy spośród głównych działów chemii stopień użycia metod matematycznych jest też działem najbliższym fizyce. Zob. też fizyka chemiczna.

    Wyrażenie to można rozszerzyć na dowolną liczbę reagentów dopisując w liczniku produkty, a w mianowniku substraty w odpowiednich wykładnikach potęgowych. Wykładniki te są równe proporcjom molowym substratów i produktów, wynikających z równania stechiometrycznego reakcji.

    Tak zdefiniowaną stałą równowagi można stosować jedynie dla układów rozcieńczonych, gdzie stężenia (lub ciśnienia cząstkowe) są stosunkowo niewielkie. Dla wyższych stężeń wartość obliczona może znacząco odbiegać od wartości obserwowanej, m.in. ze względu na zjawiska dyfuzyjne i lepkościowe. Stąd dokładniejsza definicja stałej równowagi, powszechnie stosowana w chemii fizycznej bazuje na aktywnościach molowych, a nie zwykłych stężeniach.

    Lepkość (tarcie wewnętrzne, wiskoza) – właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).Warunki standardowe (STP, ang. standard temperature and pressure) – ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią rodzaj punktu odniesienia do rozmaitych obliczeń fizykochemicznych. Obecnie obowiązującą definicją Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) są:

    W tym ujęciu stała równowagi chemicznej jest definiowana następująco:

    Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola H na jeden mol H, 0,0003799 mola O na jeden mol O i 0,0020052 mola O na jeden mol O.

    gdzie: ai - aktywność molowa i-tego związku w stanie równowagi Vi - współczynnik stechiometryczny i-tego związku, zapisywany ze znakiem "-" dla substratów i znakiem "+" dla produktów - zgodnie z zasadami tworzenia iloczynu reakcji.

    Stała równowagi jest wartością bezwymiarową. Przyjmuje one bardzo różne wartości, zależnie od tego czy równowaga reakcji jest przesunięta bardziej w stronę substratów, czy bardziej w stronę produktów.

    Produkt reakcji – cząsteczka związku chemicznego lub inne indywidum chemiczne (np. jon) powstałe w wyniku reakcji chemicznej. Często jest to pojęcie umowne, gdy produkty i substraty reakcji są w stanie równowagi chemicznej. W skali mikroskopowej reakcja biegnie wówczas w obie strony z jednakową szybkością.Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. Ze względu na skalę zjawiska, rozpatruje się dwa podstawowe rodzaje dyfuzji:

    Przykłady[]

    Jeżeli dla prostej reakcji: A + B ⇌ AB

  • użyto pierwotnie po 2 mole związku A i B,
  • stan równowagi ustala się po przereagowaniu dokładnie połowy substratów,
  • całość mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi ma objętość 1 litra,
  • to: [A] = 1 mol/litr, [B] = 1 mol/litr i [AB] = 1 mol/litr

    Podstawiając to do wyrażenia na stałą równowagi dla tej reakcji:

    Równowaga reakcji chemicznych – stan, gdy reakcja chemiczna zachodzi z jednakową szybkością w obu kierunkach, a więc stężenia reagentów nie zmieniają się w czasie. Potencjały termodynamiczne układu, jakim jest środowisko reakcji, osiągają wartości minimalne (charakterystyczne dla określonych warunków). Minimum osiągają też odpowiednie funkcje termodynamiczne reakcji.Entalpia swobodna (funkcja Gibbsa, energia swobodna Gibbsa; symbol g lub G) – potencjał termodynamiczny zdefiniowany następująco:

    otrzymuje się

    Stechiometria – dział chemii zajmujący się stosunkami ilościowymi przemian związków chemicznych zachodzących w czasie reakcji chemicznych. Analiza stechiometryczna obejmuje:Entalpia (H) (zawartość ciepła) — w termodynamice wielkość fizyczna będąca funkcją stanu mająca wymiar energii, będąca też potencjałem termodynamicznym, oznaczana przez H, h,I lub χ, którą definiuje zależność:

    a zatem stała tej reakcji wynosi dokładnie 1.

    Iloraz reakcji - liczba określająca ogólny stosunek stężeń molowych lub aktywności molowych substratów i produktów danej reakcji chemicznej, w danej chwili jej trwania. W przypadku reakcji przebiegających całkowicie lub częściowo w fazie gazowej, stężenia można zastąpić ciśnieniami cząstkowymi, a aktywności lotnościami czyli aktywnościami ciśnieniowymi.Prawo działania mas (ang. mass-action law), zwane także prawem Guldberga i Waagego – wyprowadzone w 1864 r. przez norweskich chemików Guldberga i Waagego wyrażone w terminach współczesnej chemii brzmi:

    Gdy stała dla reakcji A + B ⇌ AB jest większa od 1, to równowaga jest przesunięta w stronę produktów. Np. dla stałej równej 100, w stanie równowagi w 1 litrze roztworu o stężeniu wyjściowym [A] = [B] = 1,1 mol/l znajduje się 0,1 mola A i 0,1 mola B oraz 1 mol AB (K = 1/(0,1·0,1) = 100). Gdy stała jest mniejsza od 1, to równowaga jest przesunięta w stronę substratów. Np. dla K = 0,01, w 1 litrze roztworu o stężeniu wyjściowym [A] = [B] = 1,01 mol/l stan równowagi ustali się dla 1 mola A, 1 mola B i 0,01 mola AB (K = 0,01/(1·1) = 0,01).

    Roztwór – homogeniczna mieszanina dwóch lub więcej związków chemicznych. Skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników. W roztworach zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną. Który z dwóch związków uznać za rozpuszczalnik, jest właściwie kwestią umowną, wynikającą z praktyki i tradycji.

    W praktyce reakcje chemiczne mają najróżniejsze wartości stałych, przy czym dość częstym zjawiskiem jest występowanie bardzo dużych lub bardzo małych wartości tej stałej. Zwykle przyjmuje się, że reakcja nie zachodzi w ogóle, gdy jej stała równowagi jest mniejsza niż 10, zaś zachodzi kompletnie, gdy stała równowagi jest większa niż 10 – choć znane są przypadki, gdy zakłada się występowanie równowagi nawet w przypadkach, gdy stała ta przekracza te wartości. W związku z tak dużym rozrzutem wartości stałych często zamiast ich bezpośrednich wartości stosuje się ich logarytmy, oznaczane jako pK.

    Zależności[]

    Między stałą równowagi a standardową entalpią swobodną reakcji istnieje zależność:

    gdzie: ΔG - standardowa entalpia swobodna reakcji R - uniwersalna stała gazowa T - temperatura w kelwinach

    Zależność ta jest najczęściej wykorzystywana w praktyce do wyznaczania entalpii standardowej reakcji chemicznych.

    Stała równowagi jest silnie zależna od temperatury. Jej zależność określa równanie van't Hoffa:

    gdzie: ΔH = standardowa entalpia (ciepło rzeczywiste) reakcji.

    Równanie to przydaje się w praktyce, zarówno do obliczania standardowego ciepła reakcji, jak i do ustalania wartości stałej równowagi w danej temperaturze, gdy znamy tę wartość w innej temperaturze.




    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama