Definitie van reactiesnelheid en chemisch evenwicht

Allemaal chemische reactie heeft een zekere spontaniteit naar hem toe Evenwicht, en om het te onderzoeken doen we het door het teken van ∆G, Energie Gibbs vrij, wat inhoudt dat we door de waarde van deze grootte kunnen voorspellen of een reactie in een bepaalde zin zal plaatsvinden of niet.

De variatie van de Gibbs Free Energy wordt in het algemeen uitgedrukt onder standaardomstandigheden als het verschil tussen de energieën van producten en reactanten, ook in standaardtoestand:

Terwijl, als de reactie plaatsvindt onder niet-standaard omstandigheden, de relatie tussen ∆Gº en ∆G wordt bepaald door het volgende uitdrukking:

Waar Q het reactiequotiënt is.

Om de implicatie van de te begrijpen reactiesnelheid en het chemisch evenwicht moeten we het teken van ∆G bestuderen:

Als ∆G negatief is, betekent dit dat de reactie spontaan is (optreedt) in de directe zin.

Als ∆G positief is, betekent dit dat de reactie niet spontaan is (komt niet voor) in de directe zin.

Terwijl, als ∆G = 0, er geen verandering zal zijn, aangezien het systeem in evenwicht is, en zoals reeds vermeld, de snelheid De directe reactiesnelheid is gelijk aan de indirecte reactiesnelheid. Dit houdt in dat het reactiequotiënt Q gelijk is aan de evenwichtsconstante K, dus er is geen neiging om een ​​bepaalde richting van de reactie te prefereren.

Aangezien Q is gedefinieerd als:

Voor een algemene reactie:

Terwijl K dezelfde vorm aanneemt, maar met de concentraties in evenwicht.

Als we terugkeren naar het geval waarin ∆G negatief is, betekent dit dat het reactiequotiënt Q kleiner is dan K (constante van evenwicht), impliceert dat de productconcentraties lager zijn dan ze zouden moeten zijn als de reactie niet zou plaatsvinden Evenwicht. Daarom wordt het, in termen van spontaniteit, spontaan in de directe zin.

Terwijl, als ∆G positief is, er een overwicht van producten zal zijn boven die welke zouden bestaan ​​als het systeem in evenwicht zou zijn, met Q groter dan K. Daarom is de reactie spontaan in de omgekeerde richting.

Opgemerkt moet worden dat de strikte definitie van Q en K wordt gegeven in termen van de activiteiten van de producten en reactanten, waarbij de activiteit wordt gedefinieerd in termen van concentratie of druk als:

O goed:

Daaruit volgt dat zowel Q als K dimensieloos zijn en zowel in concentraties als in partiële drukken kunnen worden verhoogd.

Wanneer de concentraties of partiële drukken van producten en reactanten in de loop van de tijd constant worden gehouden, doet zich de situatie voor chemisch evenwicht, voor zover een situatie van dynamisch evenwicht wordt bereikt omdat de snelheid van directe en inverse reactie met identiek. Het is belangrijk om de dynamiek van evenwicht te benadrukken, de snelheid waarmee ze worden gevormd en verbruiken producten en reagentia is hetzelfde, dat is de reden waarom de concentraties of partiële drukken niet het verschilt.

Als de toestand van de evenwichtssituatie afwijkt, zullen bepaalde soorten de overhand hebben op een andere en van daaruit ontstaat de uitdrukking die de directe en inverse reactiesnelheid relateert, Kc:

Stel dat de bovenstaande reactie:

Waar Kd en Ki de reactiesnelheidsconstanten zijn in respectievelijk voorwaartse of achterwaartse richting.

Nogmaals, als Kc> 1, impliceert dit dat Ki kleiner is dan Kd, daarom is er een hoge mate van omzetting van producten in reactanten. In dit geval verschuift het evenwicht naar producten.

Het omgekeerde doet zich voor als Kc <1, wat inhoudt dat de directe reactiesnelheid lager is dan de indirecte reactiesnelheid en er weinig is consumptie van reactanten, wordt het evenwicht verschoven naar reactanten. Terwijl, als Kc = 1, de snelheden gelijk zijn en het systeem in evenwicht is. Het is belangrijk om twee zaken te definiëren: ten eerste hangt de waarde van deze constante uitsluitend af van de temperatuur- en, op zijn beurt, varieert volgens de grootte die wordt gebruikt om de concentraties of drukken van producten en reactanten uit te drukken. eindelijk, de wet Chemisch evenwicht past zich aan om oplossingen of gassen onder lage druk te verdunnen.

Onderwerpen in reactiesnelheid en chemisch evenwicht