In kemia , tasapainovakion luonnehtii tilan tasapainotila kemiallisen järjestelmän. Siksi se liittyy järjestelmän tilaan, joka ei voi kehittyä spontaanisti . Tasapainovakion arvo riippuu vain tarkastellusta kemiallisesta reaktiosta ja lämpötilasta . Tasapainovakiot annetaan yleensä 25 ° C: ssa .
Claude-Louis Berthollet ymmärsi ensimmäisenä vuonna 1803 , että kaikki kemialliset reaktiot eivät ole täydellisiä. Hänen Kemialliset staattisen testin , hän kirjoitti ensimmäisen kaavaa, jonka avulla voidaan määritellä etukäteen sisältyvät määrät tasapainossa. Havainnoimalla ” natronijärven ” rantoja retkikunnan aikana Egyptiin Napoleon Bonaparten ja Gaspard Mongen kanssa hän pääsi tähän aikaan alkuperäiseen johtopäätökseen. Suolajärven reunat peitettiin natriumkarbonaatilla . Hän totesi, että nämä kaksi reagoivaa ainetta ( natriumkloridi - suola - ja kalsiumkarbonaatti ) reagoivat myös reaktiotuotteiden kanssa .
Ottaen huomioon seuraavan kemiallisen yhtälön:
tai:
Tasapainovakio määritetään suhteella:
tai:
Tasapainovakio K on siis määrä ilman yksikköä.
Lajin kemiallinen aktiivisuus on lajin määrän vaikutus järjestelmän vapaaseen energiaan . Se määritellään kaavamaisesti lajin " aktiiviseksi pitoisuudeksi " liuoksessa. Hän on :
Standardi vapaa entalpia : kemiallisen reaktion suoritetaan vakio lämpötila ( T ) ja paineessa ( P ), liittyy tasapainovakion seuraavan suhteen mukaisesti:
missä R on ihanteellinen kaasuvakio ja T on absoluuttinen lämpötila ( kelvineinä ).
Mistä :
Tasapainovakio on siis termodynaaminen määrä (se luonnehtii järjestelmän tasapainoa), eikä sillä ole esiintyvyyttä tämän järjestelmän kinetiikkaan (reaktionopeuteen).
Reaktiota varten:
toteamalla tuotteiden nimeämiseksi tasapainovakio on kirjoitettu:
tai:
Varten laskettaessa tasapainovakion , arvot toiminnan eri lajista otetaan huomioon, kun reaktion tasapainoa on saavutettu. Jos muutamme jonkin mukana olevan lajin kemiallista aktiivisuutta (muuttamalla liuoksen pitoisuutta liuoksessa tai kaasun osapainetta ), tasapaino siirtyy (jos reaktio oli tasapainotilassa, tämän vuoksi se ei ole enää tasapainossa).
Tasapaino tekijä on tilamuuttujan, joka, kun muutetaan, siirtää reaktion tasapainoa.
TilamuuttujatTilamuuttujan luonnehtii tasapainotila järjestelmän, esimerkiksi:
Tässä on tyhjentävä luettelo tärkeimmistä tasapainottamistekijöistä:
Reaktion osamäärä mahdollistaa reaktion etenemistilan luonnehtimisen ja siten sen ennustamisen. Se on arvo, joka saadaan tasapainovakion ilmaisulla, kun reaktiojärjestelmä on tasapainossa.
Yleinen kaava ; itse asiassa kaava on melkein identtinen tasapainovakion kaavan kanssa, mutta tässä toiminnot suoritetaan hetkellä, jolloin reaktio ei ole valmis, eikä tasapainossa.käyttääJärjestelmän evoluutiosuunnan ennustamiseksi verrataan tutkitun reaktion tasapainovakioa ja reaktion osamäärää; järjestelmän täytyy kehittyä kohti Q R = K ( T ):
Itse asiassa maltillisuuslain ansiosta pystyimme tekemään nämä johtopäätökset.
Tärkeimmät tasapainovakiot on esitetty seuraavassa taulukossa:
Tasapainovakio | Symboli | Taseen tyyppi |
---|---|---|
Ioninen veden tuote | K e | Veden dissosiaatio |
Liukoisuus | K s | Heterogeeninen tasapaino huonosti liukoisen aineen ja sen ionien välillä kyllästetyssä liuoksessa |
Dissosiaatiovakio ( happovakio ja emäksisyyden vakio ) | K a ja K b | Heikon hapon tai heikon emäksen dissosiaatio |
Kompleksoituvakio | ß n | Kompleksionin muodostuminen |
Jaa tai jaa vakio | K D | Jakautumistasapaino sekoittumattomien liuottimien välillä |
Määritämme sitten happovakion:
jossa C 0 on 1 mol L -1 . K on siis unitless. Indeksi f tarkoittaa "lopullista", toisin sanoen tasapainossa (vältetään merkintöjen eq käyttöä, joita neofyytit joskus väärin yhdistävät "vastaavuuteen").Mitä korkeampi happovakio, sitä enemmän happoa hajoaa vedessä, joten sitä vahvempi happo.
Mukavuussyistä, s K käytetään usein sijasta K , joka määritellään :; p K on usein taulukoitu ajan 25 ° C: ssa .
Siten laske p K (ei pidä sekoittaa happamuuden vakio), vahvempi happo, ja siksi sitä enemmän se liukenee veteen.
Meillä on sitten: ja samoin .
Reaktion aikana vedessä hapon (A 1 H) ja emäksen (A 2 - ), on mahdollista määrittää päässä happamuus vakiona reaktion tilaa: hyvin vähän kehittyneitä, tasapaino ([A 1 - ] = [ A 2 - ]) yhteensä.
Yleinen kaava käyttääMäärä K s mittaa liukenemisen suolojen on tietyn liuottimessa . Jos annetussa liuottimessa suola AB hajoaa yhtälön mukaisesti
,liukoisuus tuote K s on määritelty:
(arvot kylläisyydellä , ts. saostuneen suolan ja liuenneen suolan välisessä tasapainossa).Korkeampi K s , sitä enemmän liukoisen suolan tutkittu liuotin.