Równowaga Chemiczna: Zasada Le Chatelliera i Iloczyn Reakcji

Równowaga to stan równowagi szybkości, a nie zatrzymanie się

Reakcja odwracalna, A + B ⇌ C + D, nigdy w pełni nie ustaje na równowagu – zarówno reakcje do przodu, jak i do tyłu nadal zachodzą, ale z dokładnie takimi samymi szybkościami, co powoduje, że zmierzone stężenia przestają się zmieniać. Jest to równowaga dynamiczna, a jest ona opisana przez stałą równowagi K, która jest stosunkiem stężeń produktów do stężeń reagentów (każdy podniesiony do potęgi jego współczynnika stechiometrycznego) po ustaleniu się równowagi szybkości.

for a A + b B  <=>  c C + d D
K = [C]^c * [D]^d / ([A]^a * [B]^b)      (at equilibrium)
Q = [C]^c * [D]^d / ([A]^a * [B]^b)      (at any moment, same formula)
Q < K  -> reaction shifts forward (toward products)
Q > K  -> reaction shifts backward (toward reactants)
Q = K  -> at equilibrium, no net shift

Il równowaga w reakcjach chemicznych

Q, il równowagowy współczynnik reakcji, ma identyczną postać algebraiczna jak K, ale wykorzystuje aktualne stężenia, nawet gdy system jest daleko od równowagi. Porównanie Q z K pozwala przewidzieć kierunek zmiany bez konieczności rozwiązywania równań kinetycznych: jeśli Q jest mniejsze niż K, oznacza to, że jeszcze nie wystarczają produkty, a reakcja do przodu dominuje, aż Q wzrośnie i osiągnie wartość K; jeśli Q przekracza K, oznacza to, że reakcja odwrotna dominuje, aż Q opadnie z powrotem do wartości K. Zasada Le Chatlera jest w zasadzie tylko uproszczonym, jakościowym sposobem na to porównanie Q-z-K.

Zasada Le Chatelliera jako reakcja na bodziec

Zasada Le Chatelliera mówi, że jeśli układ w stanie równowagi zostanie zaburzony, przesunie się w kierunku, który częściowo przeciwdziała temu zaburzeniu. Dodanie więcej reagentu powoduje spadek Q poniżej K, co prowadzi do przesunięcia się układu do przodu, aby zużyć nadmiar tego reagentu. Usunięcie produktu powoduje ponowny spadek Q poniżej K, zmuszając reakcję do posuwania się do przodu, aby go zastąpić. Zwiększenie ciśnienia na równowagi gazowej powoduje przesunięcie się układu w stronę strony o mniejszej liczbie molów gazu, ponieważ zmniejsza to całkowitą liczbę moli opozycyjną wobec kompresji.

Różnica temperatur: wpływa na stałą równowagi K

Zmiany stężenia i ciśnienia przesuwają Q z dala od stałej K, a układ dąży do przywrócenia stanu równowagi Q = K. Temperatura jest wyjątkiem – jej zmiana faktycznie zmienia wartość K. W przypadku reakcji egzotermicznych (oddających ciepło), podnoszenie temperatury przesuwa równowagę w kierunku produktów, ponieważ ciepło można traktować jako dodany produkt; stała K tym samym maleje. W przypadku reakcji endotermicznych (pobierających ciepło), podnoszenie temperatury zwiększa K i przesuwa równowagę w kierunku substratów. Dlatego temperatura jest jedynym czynnikiem, który zmienia położenie równowagi, a nie tylko przesuwa układ z niezmienionej równowagi.

Śledzenie tego z wykorzystaniem tabeli ICE

Tabela ICE (Początkowa, Zmiana, Równowaga) jest standardowym narzędziem księgowym: zapisz początkowe stężenia, wyraź zmianę w każdej specie jako mnożnik pojedynczej niewiadomej x związanej z równaniem stechiometrycznym i dodaj dwie linie, aby uzyskać linię równowagi w terminach x. Podstawienie tej linii równowagowej do wyrażenia K daje jedno równanie algebraiczne w x, które, po rozwiązaniu, zwraca wszystkie stężenia w równowadze jednocześnie.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Chemical Equilibrium i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.