Denge sabiti

Olarak kimya , bir denge sabiti durumunu karakterize denge kimyasal sistemi. Bu nedenle, kendiliğinden gelişemeyen bir sistem durumu ile ilişkilidir . Denge sabitinin değeri yalnızca dikkate alınan kimyasal reaksiyona ve sıcaklığa bağlıdır . Denge sabitleri genellikle 25 ° C'de verilir .

Claude-Louis Berthollet , 1803'te tüm kimyasal reaksiyonların tamamlanmadığını anlayan ilk kişiydi . Onun içinde kimyasal statik test , o tanımlamak için izin birinci formülü yazdığı önsel miktarları dengede mevcut. Napolyon Bonaparte ve Gaspard Monge ile Mısır'a yaptığı bir sefer sırasında bir “ natron gölü” kıyılarını gözlemleyerek bu sonuca o zaman için orijinal olarak ulaştı . Tuz gölünün kenarları sodyum karbonatla kaplandı . İki reaktantın ( sodyum klorür - tuz - ve kalsiyum karbonat ) da reaksiyon ürünleriyle reaksiyona girdiğini tespit etti .

Tanım

Aşağıdaki kimyasal denklemi göz önünde bulundurarak:

{\ displaystyle 0 = \ toplam _ {i = 1} ^ {N} \ nu _ {i} A_ {i}}

veya:

A i , kimyasal bir türdür;
ν i , A i türünün stokiyometrik katsayısıdır ( ν , reaksiyon ürünleri için pozitif ve reaktanlar için negatiftir );
N kurucu sayısı.

Denge sabiti aşağıdaki ilişki ile tanımlanır:

K = \ prod _ {{i = 1}} ^ {N} {\ alpha _ {{i (f)}}} ^ {{\ nu _ {i}}}

veya:

a i ( f ) olduğu , kimyasal aktivite türlerin i de denge ;
$\ prod$ ürün operatörüdür.

Denge sabiti K bu nedenle birimsiz bir miktardır.

Aktivite kavramı

Kimyasal aktivitesi , bir türün bir türün miktar etkisi olduğu serbest enerji sistemi. Çözeltideki türlerin " aktif konsantrasyonu " olarak şematik olarak tanımlanır . O :

tür bir çözücü veya daha genel olarak saf faz ise 1'e eşittir ;
Referans konsantrasyonu üzerinde türün konsantrasyonuna göre eşit C 0 1'e eşit olacak şekilde seçilir mol L -1 türler ise a, çözünen ;
tür bir gaz ise 1 bara eşit olacak şekilde seçilen bir referans basınca p 0 atıfta bulunulan türün kısmi basıncının ( bar cinsinden) oranına eşittir .

Ücretsiz entalpi ile bağlantı

Standart serbest entalpi : bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilebilir ve sabit sıcaklıkta ( T ) ve basınçta ( P ), denge sabiti ile ilgilidir denklem ile: $\ Delta_rG ^ 0 _ {(T)}$ $K _ {(T)}$

{\ displaystyle \ Delta _ {r} G _ {(T)} ^ {0} = - RT \ ln K _ {(T)}}

burada R, bir ideal gaz sabiti ve T ise , mutlak sıcaklık (de Kelvin ).

Nereden :

{\ displaystyle K _ {(T)} = \ exp \ sol (- {\ frac {\ Delta _ {r} G _ {(T)} ^ {0}} {RT}} \ sağ).}

Denge sabiti bu nedenle termodinamik bir niceliktir (sistemin dengesini karakterize eder ) ve bu sistemin kinetiği (reaksiyon hızı) üzerinde hiçbir etkisi yoktur .

İstatistik fizikte

Tepki için:

\ toplam \ nu_i A_i = 0,

belirterek ürünleri belirlemek için, denge sabiti yazılıdır: $\ nu _ {i} <0$

{\ displaystyle K (T) = \ prod n_ {i} ^ {\ nu _ {i}} = \ prod \ sol \ {\ sol ({\ frac {2 \ pi m_ {i} k _ {\ mathrm { B}} T} {h ^ {2}}} \ sağ) ^ {3 \ nu _ {i} / 2} Z_ {i} (T) ^ {\ nu _ {i}} \ sağ \} \ exp \ left ({\ frac {-E} {k _ {\ mathrm {B}} T}} \ sağ)}

veya:

$orta}$ reaktifin veya ürünün kütlesini belirtir ; $Sahip olmak}$
$Z_ {i} (T)$ bir iç bölüm işlevi türlerinin ; $Sahip olmak}$
E , reaksiyonun gerektirdiği tüketilen enerjidir ( bir ekzotermik reaksiyon için E <0 );
T sıcaklıktır;
$k _ {{\ mathrm {B}}}$ olan Boltzmann sabiti ;
h ise Planck sabiti .

kullanım

Denge sabitinin hesaplanması için, ilgili farklı türlerin faaliyetlerinin değerleri, reaksiyonun dengesine ulaşıldığında dikkate alınır. İlgili türlerden birinin kimyasal aktivitesini değiştirirsek ( çözeltideki bir türün konsantrasyonunu veya bir gazın kısmi basıncını değiştirerek), denge değişir (tepkime denge durumundaysa, bu nedenle modifikasyon artık dengede değildir).

Denge faktörü

Bir denge faktörü , değişti, reaksiyonun dengesini değiştirerek bir durum değişkeni.

Durum değişkenleri

Bir durum değişkeni , sistemin denge durumunu karakterize eder, örneğin:

basınç ve hava ;
reaksiyona katılan gazlı türlerin basıncı;
Oda sıcaklığı ;
çözünmüş türlerin molar konsantrasyonları.

Bazı dengeleme faktörleri

İşte ana dengeleme faktörlerinin kapsamlı olmayan bir listesi:

sıcaklık ;
reaksiyona katılan gazlı türlerin basınçları;
reaksiyona katılan çözünen maddelerin (çözünmüş türler) molar konsantrasyonları.

Reaksiyon katsayısı

Reaksiyon bölümü , bir reaksiyonun ilerleyişini karakterize etmeyi ve böylece onun evrimini tahmin etmeyi mümkün kılar . Reaksiyon sistemi dengeden çıktığında denge sabitinin ifadesiyle alınan değerdir.

Genel formül

{\ displaystyle Q _ {\ text {R}} = \ prod _ {i = 1} ^ {N} {\ alpha _ {i}} ^ {\ nu _ {i}}}

; gerçekte, formül denge sabitinin formülüyle hemen hemen aynıdır, ancak burada faaliyetler, reaksiyonun dengede değil, tamamlanmadığı anda alınır.kullanım

Sistemin evrim yönünü tahmin etmek için, incelenen reaksiyonun denge sabitini ve reaksiyon bölümünü karşılaştırıyoruz; sistem Q R = K ( T ) 'ye doğru gelişmek zorunda :

eğer Q R = K ( T ), sistem dengede demektir;
Eğer S R < K ( t ), sistem ulaşmak için (reaktanların miktarları azalır ve ürün miktarları artar yönünde veya tekrar) konsantrasyonunun fonksiyonu değerini artırır yönünde evrim K için, kendiliğinden reaksiyonun doğrudan yönde gelişen şey olduğunu söyleyin;
Eğer S R > K ( T ), sistem ulaşmak için (reaktanların miktarlarda arttırır ve ürünlerin miktarlarını azaltır yönde veya tekrar) konsantrasyonunun fonksiyonu değerini azaltır yönde evrim K için, kendiliğinden tepkinin ters yönde gelişen şey olduğunu söyleyin.

Doğrusu, bu sonuçları çıkarabilmemiz ılımlılık yasası sayesinde oldu .

Özel denge sabitleri

Ana denge sabitleri aşağıdaki tabloda sunulmuştur:

Denge sabiti	Sembol	Denge türü
Suyun iyonik ürünü	K e	Su ayrışması
Çözünürlük ürünü	K s	Zayıf çözünür bir madde ile doymuş bir çözelti içindeki iyonları arasındaki heterojen denge
Ayrışma sabiti ( Asitlik sabiti ve Bazlık sabiti )	K a ve K b	Bir ayrışma zayıf bir asidin ya da bir zayıf baz
Karmaşıklık sabiti	ß n	Karmaşık bir iyon oluşumu
Sabit paylaşın veya dağıtın	K D	Karışmayan çözücüler arasında dağılım dengesi

Asit-baz dengeleri: K A , K B

Tüm eritilmesi , bir asit içinde , su , tip bir asit-baz reaksiyonu gerçekleştirilir: (AH bir asit ve A - kendi konjuge baz )

AH + H 2 O= A - + H 3 O + .

Daha sonra asitlik sabitini tanımlarız:

{\ displaystyle K _ {\ text {A}} = {\ frac {{\ frac {[\ mathrm {A} ^ {-}] _ {\ text {f}}} {C ^ {0}}} \ cdot {\ frac {[\ mathrm {H_ {3} O} ^ {+}] _ {\ text {f}}} {C ^ {0}}}} {\ frac {[\ mathrm {AH}] _ {\ text {f}}} {C ^ {0}}}}}

burada C 0 , 1 mol L- 1'dir . K A bu nedenle birimsizdir. F endeksi "nihai" anlamına gelir, yani dengede (neofitlerin bazen yanlış bir şekilde "denklik" ile ilişkilendirdiği eq gösterimini kullanmaktan kaçınır).

Asitlik sabiti ne kadar yüksekse, asit suda o kadar çok ayrışır, dolayısıyla asit o kadar güçlüdür.

Kolaylık sağlamak için, p K bir sık kullanılan yerine K bir olarak tanımlanan :; p K olan çoğu zaman tablo 25 ° C . ${\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ text {A}} = - \ log _ {10} {K _ {\ text {A}}}}$

Bu nedenle, s alt K a güçlü asit (asitlik sabiti ile karıştırılmamalıdır) ve bu nedenle daha fazla suda çözünür.

Benzer şekilde, biz bazlık sabit tanımlamak K B (B olsun taban ve BH + , eşlenik asit ):

B + H 2 O= BH + + HO - ;

O zaman bizde: ve aynı şekilde . ${\ displaystyle K _ {\ text {B}} = {\ frac {{\ frac {[\ mathrm {BH} ^ {+}] _ {\ text {f}}} {C ^ {0}}}. {\ frac {[\ mathrm {HO} ^ {-}] _ {\ text {f}}} {C ^ {0}}}} {\ frac {[\ mathrm {B}] _ {\ text {f }}} {C ^ {0}}}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ text {B}} = - \ log _ {10} {K _ {\ text {B}}}}$

Asit / baz çiftler arasındaki reaksiyonlar Devletleri: , ${\ displaystyle K _ {{\ text {A}} _ {1}}}$ ${\ displaystyle K _ {{\ text {A}} _ {2}}}$

Bir asit (A 1 H) ve bir bazın (A 2 - ) su içindeki reaksiyonu sırasında, reaksiyonun durumunu asitlik sabitinden belirlemek mümkündür: çok az gelişmiş, denge ([A 1 - ] = [ A 2 - ]), toplam.

Genel formül

{\ displaystyle K = {\ frac {[\ mathrm {A} _ {1} ^ {-}] _ {\ text {f}}. [\ mathrm {A_ {2} H}] _ {\ text {f }}} {[\ mathrm {A_ {1} H}] _ {\ text {f}}. [\ mathrm {A} _ {2} ^ {-}] _ {\ text {f}}}}}

{\ displaystyle K = {\ frac {K _ {{\ text {A}} _ {1}}} {K _ {{\ text {A}} _ {2}}}}}

{\ displaystyle K = 10 ^ {\ mathrm {p} K _ {{\ text {A}} _ {2}} - \ mathrm {p} K _ {{\ text {A}} _ {1}}} }

kullanım

Eğer K <10 -4 reaksiyon çok erken.
10 −4 < K <10 4 ise, bir denge durumu vardır.
Eğer K > 10 4 reaksiyon tamamlandı.

Tuzların çözünürlüğü, çözünürlük ürünü K s

Miktar K s tedbirler çözündürme tuzları a verilen bir çözücü . Verilen çözücüde AB tuzu denkleme göre ayrışırsa

{\ displaystyle {\ rm {AB = A ^ {-} + B ^ {+}}}}

çözünürlük ürünü K s ile tanımlanır:

{\ displaystyle K _ {\ text {s}} = \ sol ({\ frac {[\ mathrm {A} ^ {-}]} {C ^ {0}}} \ sağ) \ sol ({\ frac { [B ^ {+}]} {C ^ {0}}} \ sağ)}

( doygunluktaki değerler , yani çökelmiş tuz ve çözünmüş tuz arasındaki dengede).

Daha yüksek K s çözücü içinde incelenmiştir, daha çözünebilir tuz.

Referanslar

Douglas Skoog, Donald M West, Holler , Claudine Buess-Herman (bilimsel tercüme ve revizyon), Claudine Buess-Herman (bilimsel tercüme ve revizyon), Josette Dauchot-Weymeers (bilimsel tercüme ve revizyon) ve Freddy Dumont (bilimsel tercüme ve revizyon) ), Analitik kimya , Paris, Brüksel, De Boeck Üniversitesi,1997, 870 s. ( ISBN 978-2-804-12114-3 , OCLC 36817454 )

İlgili Makaleler

Dış bağlantılar

Gallica'da Berthollet kimyasal statik testi :
- Bölüm 1
- Bölüm 2
L. Lopes, " Olağan Tahliller için Toplam Reaksiyon Kriterleri "

Denge sabiti

Tanım

Aktivite kavramı

Ücretsiz entalpi ile bağlantı

İstatistik fizikte

kullanım

Denge faktörü

Reaksiyon katsayısı

Özel denge sabitleri

Asit-baz dengeleri: K A , K B

Asit / baz çiftler arasındaki reaksiyonlar Devletleri: ,KAT1{\ displaystyle K _ {{\ text {A}} _ {1}}}KAT2{\ displaystyle K _ {{\ text {A}} _ {2}}}

Tuzların çözünürlüğü, çözünürlük ürünü K s

Referanslar

İlgili Makaleler

Dış bağlantılar

Asit / baz çiftler arasındaki reaksiyonlar Devletleri: , ${\ displaystyle K _ {{\ text {A}} _ {1}}}$ ${\ displaystyle K _ {{\ text {A}} _ {2}}}$