If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Հավասարակշռության հաստատուն K

Դարձելի ռեակցիաներ, հավասարակշռություն և հավասարակշռության հաստատուն K: Ինչպես հաշվել K-ն, և ինչպես որոշել՝ արդյոք ռեակցիան հավասարակշռության պահին շեղված է ելանյութերի կամ վերջանյութերի առաջացման կողմը։ 

Հիմնական դրույթներ

  • Դարձելի ռեակցիան կարող է ընթանալ երկու ուղղությամբ՝ ուղիղ և հակադարձ։
  • Քիմիական հավասարակշռությունը (կամ հավասարակշռությունը) տեղի է ունենում, երբ ուղիղ ռեակցիայի արագությունը հավասարվում է հակադարձ ռեակցիայի արագությանը։ Հավասարակաշռության պահին բոլոր ելանյութերի ու վերջանյութերի կոնցենտրացիաները հաստատուն են։
  • Տրված է aA+bBcC+dD ռեակցիան։ Հավասարակշռության հաստատունը՝ Kc, նաև նշվում է որպես K կամ Kհավ, որոշվում է հետևյալ կերպ․
Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b
  • Այն ռեակցիաների համար, որոնք հավասարակշռության վիճակում չեն, մենք կարող ենք գրել նման մեկ այլ արտահայտություն ռեակցիայի գործակցի՝ Q-ի համար, որի արժեքը հավասարակշության պահին հավասար է Kc-ի արժեքին։
  • Kc-ն և Q-ն կարող են օգտագործվել պարզելու համար՝ արդյոք ռեակցիան հավասարակշռության մեջ է, թե ոչ, ինչպես նաև հաշվել ելանյութերի և վերջանյութերի կոնցենտրացիաները հավասարակշռության վիճակում և որոշել, թե արդյոք հավասարակշռությունը շեղված է վերջանյութերի կամ ելանյութերի առաջացման կողմը, թե ոչ:

Ներածություն. դարձելի ռեակցիաներ և քիմիական հավասարակշռություն

Դարձելի ռեակցիան կարող է ընթանալ երկու ուղղությամբ՝ ուղիղ և հակադարձ։ Տեսականորեն փակ համակարգում բոլոր ռեակցիաները դարձելի են, սակայն որոշները կարող են համարվել անդարձելի, եթե այդ ռեակցիաները շատ են շեղված դեպի ելանյութերի կամ վերջանյութերի առաջացման կողմը: Դարձելի ռեակցիաների հավասարումները գրելիս որպես դարձելիության նշան օգտագործվում են երկու կիսասլաքներ՝ : Սա տեսանելի է դարձնում ռեկացիայի ուղիղ ընթացքը՝ վերջանյութերի առաջացմամբ, կամ հակադարձ ընթացքը՝ ելանյութերի առաջացմամբ։ Դարձելի ռեակցիայի տեսակ է ազոտի (IV) օքսդիդի (ազոտի երկօքսիդ)՝ NO2, առաջացումն իր դիմերից՝ երկազոտի տետրօքսիդից՝ N2O4։
N2O4(գ)2NO2(գ)
Պատկերացնենք՝ անգույն N2O4(գ)-ը սենյակային ջերմաստիճանում տեղադրել ենք ապակյա դատարկ անոթի մեջ։ Որոշ ժամանակ անց կնկատենք, որ այնտեղ առկա գազի գույնը փոխվում է դեղնանարնջագույնի, ապա աստիճանաբար մգանում և այլևս չի փոխվում։ Այս պրոցեսի համար մենք կարող ենք գրաֆիկորեն ցույց տալ NO2-ի և N2O4-ի կոնցենտրացիաների փոփոխությունը ժամանակի ընթացքում: Տե՛ս ներքևի գծապատկերը։
Երկազոտի տետրօքսիդից ազոտի երկօքսիդի ստացման դարձելի ռեակցիայի համար կոնցենտրացիայի փոփոխությունը ժամանակից կախվածության գծապատկերը։ Կետագծերով նշված ժամանակի տիրույթում երկու նյութերի կոնցենտրացիաները մնում են հաստատուն, և ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է։ Նկարի աղբյուրը՝ Գծապատկերը ձևափոխված է ըստ՝ OpenStax Chemistry, CC BY 4,0
Սկզբում անոթը պարունակում է միայն N2O4, և NO2-ի կոնցենտրացիան 0 Մ է։ Այն պահից սկսած, երբ N2O4-ը սկսում է փոխարկվել NO2-ի, NO2-ի կոնցենտրացիան աճում է հասնելով որոշակի կետի և մնում է հաստատուն, ինչը կետագծերով նշված է գծապատկերի ձախ կողմում։ Նմանապես, N2O4-ի կոնցենտրացիան նվազում է սկզբնական կոնցենտրացիայի համեմատ, մինչև այն հասնում է հավասարակշռային կոնցենտրացիային։ Երբ NO2-ի և N2O4-ի կոնցենտրացիաները մնում են հաստատուն, նշանակում է՝ ռեակցիան հասել է հավասարակշռության վիճակի։
Բոլոր ռեակցիաները հակված են հասնելու քիմիական հավասարակշռության վիճակին, այսինքն՝ այն կետին, երբ ուղիղ և հակադարձ ռեակցիաները տեղի են ունենում միևնույն արագությամբ։ Քանի որ ուղիղ և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասարվում են, ելանյութերի և վերջանյութերի կոնցենտրացիաները մնում են հաստատուն։ Կարևոր է հիշել, որ չնայած հավասարակշռության վիճակում կոնցենտրացիաները մնում են հաստատուն, ռեակցիան, միևնույնն է, տեղի է ունենում։ Այդ պատճառով այս վիճակը երբեմն անվանում են նաև դինամիկ հավասարակշռություն:
Ռեակցիային մասնակցող բոլոր միացությունների հավասարակշռային կոնցենտրացիաների վրա հիմնվելով՝ մենք կարող ենք սահմանել հավասարակշռության հաստատուն կոչվող մեծությունը՝ Kc, որը երբեմն գրվում է նաև որպես Kհավ կամ K։ Ինդեքսի c-ն նշանակում է կոնցենտրացիա, քանի որ հավասարակշռության հաստատունը ցույց է տալիս մոլային կոնցենտրացիաները (մոլլ) հավասարակշռության վիճակում որոշակի ջերմաստիճանի պայմաններում։ Հավասարակշռության հաստատունն օգնում է մեզ հասկանալու՝ արդյոք հավասարակշռության վիճակում ռեակցիան ձգտում է վերջանյութերի կամ ելանյութերի կոնցենտրացիաների մեծացմանը։ Մենք կարող ենք Kc-ն օգտագործել՝ պարզելու համար՝ արդյոք ռեակցիան արդեն հավասարակշռության վիճակում է, թե ոչ։

Ինչպե՞ս ենք հաշվում Kc-ի արժեքը։

Դիտարկենք ստորև բերված հավասարեցված դարձելի ռեակցիան:
aA+bBcC+dD
Եթե մենք գիտենք բոլոր փոխազդող նյութերի հավասարակշռային մոլային կոնցենտրացիաները, ապա կարող ենք գտնել Kc-ի արժեքը՝ օգտագործելով այս արտահայտությունը․
Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b
որտեղ [C]-ն և [D]-ն վերջանյութերի հավասարակշռային կոնցենտրացիաներն են, [A]-ն և [B]-ն ելանյութերի հավասարակշռային կոնցենտրացիաներն են, իսկ a, b, c, d-ն հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցներն են։ Կոնցենտրացիաները հաճախ արտահայտվում են մոլայնությամբ, որի չափման միավորը մոլլ-ն է:
Երկազոտի տետրօքսիդը (անգույն հեղուկ և գազ) հավասարակշռության մեջ է ազոտի երկօքսիդի հետ, որը գորշ նարնջագույն է։ Հավասարակշռության հաստատունը և երկու նյութերի հավասարակշռային կոնցենտրացիաները կախված են ջերմաստիճանից։ Ձախից աջ սրվակների ջերմաստիճանները համապատասխանաբար -196 C, 0 C, 23 C, 35 C և 50 C են։ Նկարի աղբյուրը՝ Eframgoldberg, Wikimedia Commons-ից, CC BY-SA 3,0
Kc-ն հաշվելիս պետք է հիշել հետևյալ նկատառումների մասին․
  • Kc-ն հաստատուն է որոշակի ջերմաստիճանում տեղի ունեցող որոշակի ռեակցիայի համար։ Եթե մենք փոխենք ռեակցիայի ջերմաստիճանը, Kc-ի արժեքը նույնպես կփոխվի։
  • Մաքուր պինդ նյութերն ու մաքուր հեղուկները, ներառյալ լուծիչները, չեն ներառվում հավասարակշռության արտահայտության (հավասարակշռության հաստատունի արտահայտության) մեջ։
  • Դասագրքի հեղինակից և տեսակից կախված՝ Kc-ն հաճախ գրվում է առանց չափման միավորի։
  • Ռեակցիան պետք է հավասարեցված լինի գործակիցներով, որոնք արտահայտված են ամենափոքր հնարավոր ամբողջ թվերով, որպեսզի Kc-ի արժեքը ստացվի ճշգրիտ։
Նկատենք՝ եթե ելանյութերը կամ վերջանյութերը գազեր են, մենք հավասարակշռության հաստատունը նաև կարող ենք արտահայտել գազերի պարցիալ (մասնակի) ճնշումների միջոցով։ Այդ դեպքում հավասարակշռության հաստատունը նշանակվում է որպես Kp՝ վերջինս մոլային կոնցենտրացիաներով հաշվված հավասարակշռության հաստատունից՝ Kc-ից տարբերելու համար։ Ամեն դեպքում, այս հոդվածում մենք կենտրոնանալու ենք Kc-ի վրա։

Ի՞նչ է մեզ հուշում Kc-ի թվային արժեքը հավասարակշռության վիճակում ռեակցիայի մասին։

Kc-ի թվային արժեքը մեզ կարող է որոշակի տեղեկություն տալ ելանյութերի և վերջանյութերի հավասարակշռային կոնցենտրացիաների մասին։
  • Եթե Kc-ի արժեքը շատ մեծ է՝ ~1000 և ավելի, ապա հավասարակշռության պահին հիմնականում առկա են վերջանյութեր։
  • Եթե Kc-ի արժեքը շատ փոքր է՝ ~0,001 և ավելի փոքր, ապա հավասարակշռության պահին հիմնականում առկա են ելանյութեր։
  • Եթե Kc-ի արժեքը 0,001-ի և 1000-ի միջև է, ապա հավասարակշռության պահին թե՛ վերջանյութերի, թե՛ ելանյութերի կոնցենտրացիաները զգալի են։
Օգտագործելով այս ուղեցույցները՝ մենք շատ արագ կարող ենք որոշել՝ արդյոք ռեակցիան շատ է շեղված դեպի վերջանյութերի առաջացման կողմը (շատ մեծ արժեքով Kc), թե հակադարձ՝ ելանյութերի առաջացման կողմը (շատ փոքր արժեքով Kc) կամ ինչ-որ միջանկյալ վիճակում է։

Օրինակ

Մաս 1․ Kc-ի հաշվարկը հավասարակշռային կոնցենտրացիաների միջոցով

Եկեք քննարկենք ծծմբի երկօքսիդի և թթվածնի միջև ընթացող հավասարակշռային ռեակցիան, որի արդյունքում առաջանում է ծծմբի եռօքսիդ։
2SO2(գ)+O2(գ)2SO3(գ)
Որոշակի T ջերմաստիճանում ռեակցիան հասել է հավասարակշռության, որի պարագայում հավասարակշռային կոնցենտրացիաները չափվել են և ունեն հետևյալ արժեքները.
[SO2]=0,90Մ[O2]=0,35Մ[SO3]=1,1Մ
Մենք կարող ենք որոշել ռեակցիայի Kc-ի արժեքը T ջերմաստիճանում՝ լուծելով հետևյալ արտահայտությունը.
Kc=[SO3]2[SO2]2[O2]
Եթե մենք տեղադրենք հայտնի հավասարակշռային կոնցենտրացիաները վերևում բերված հավասարման մեջ, ապա կստանանք․
Kc=[SO3]2[SO2]2[O2]=[1,1]2[0,90]2[0,35]=4,3
Նկատեք, քանի որ ստացված Kc-ի արժեքը 0,001-ի և 1000-ի միջակայքում է, մենք պետք է ակնկալենք, որ հավասարակշռության պահին առկա են և՛ ելանյութերի, և՛ վերջանյութերի զգալի կոնցենտրացիաներ, չնայած որ դեպքերի մեծամասնությունում լինում եմ հիմնականում կա՛մ ելանյութեր, կա՛մ վերջանյութեր։

Մաս 2․ Օգտագործելով ռեակցիայի գործակիցը՝ Q, ստուգել՝ արդյոք ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է, թե ոչ

Մենք այժմ գիտենք, որ հավասարակշռության հաստատունի արժեքը տվյալ ջերմաստիճանում՝ Kc=4,3։ Պատկերացնենք՝ ունենք նույն ռեակցիան նույն T ջերմաստիճանում, բայց այս դեպքում հավասարակշռային կոնցնետրացիաները չափել ենք մեկ այլ անոթում տեղի ունեցող փոխազդեցության համար։
[SO2]=3,6Մ[O2]=0,087Մ[SO3]=2,2Մ
Մենք ցանկանում ենք իմանալ՝ արդյոք այս ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է, թե ոչ: Բայց ինչպե՞ս կարող ենք դա պարզել։ Երբ մենք վստահ չենք՝ ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է թե ոչ, կարող ենք հաշվել ռեակցիայի գործակիցը՝ Q-ն․
Q=[SO3]2[SO2]2[O2]
Այս պահին հավանաբար զարմանում ես, թե ինչու է այս հավասարումն այդքան ծանոթ, և ինչով է Q-ն տարբերվում Kc-ից։ Հիմնական տարբերությունն այն է, որ ռեակցիայի գործակիցը՝ Q, կարող ենք հաշվել ցանկացած պահի համար՝ անկախ այն բանից՝ ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է, թե ոչ: Սակայն Kc-ն միայն կարող ենք հաշվել, երբ ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է։ Քանի որ հավասարակշռության պահին Q=Kc, ապա Q-ն համեմատելով Kc-ի հետ՝ մենք կարող ենք իմանալ՝ արյդոք ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է, թե ոչ։
Եթե մենք հաշվենք Q-ի արժեքը, օգտագործելով վերևում տրված կոնցենտրացիաները, ապա կստանանք․
Q=[SO3]2[SO2]2[O2]=[2,2]2[3,6]2[0,087]=4,3
Քանի որ Q-ի արժեքը հավասար է Kc-ին, այստեղից հետևություն, որ նոր ռեակցիան ևս հավասարակշռության վիճակում է: Այո՜:

Օրինակ 2․ Հավասարակշռային կոնցենտրացիաների հաշվարկը՝օգտագործելով Kc-ի արժեքը

Եկեք դիտարկենք N2-ի, O2-ի և NO-ի հավասարակշռային խառնուրդը։
N2(գ)+O2(գ)2NO(գ)
Հավասարակշռության արտահայտությունը կարող ենք գրել հետևյալ կերպ.
Kc=[NO]2[N2][O2]
Մենք գիտենք, որ հավասարակշռության հաստատունը որոշակի ջերմաստիճանում հավասար է 3,41021-ի, նաև գիտենք հետևյալ հավասարակշռային կոնցնետրացիաների արժեքները.
[N2]=[O2]=0,1Մ
Ինչի՞ է հավասար NO(գ)-ի կոնցնետրացիան հավասարակշռության պահին։
Քանի որ Kc-ն փոքր է 0,001-ից, ապա մենք ենթադրում ենք, որ հավասարակշռության պահին N2 և O2 ելանյութերն առկա են լինելու շատ ավելի մեծ կոնցենտրացիաներով, քան վերջանյութ NO-ն։ Այսպիսով՝ մենք պետք է ակնկալենք, որ NO-ի կոնցենտրացիան ելանյութերի կոնցենտրացիաների համեմատ պետք է շատ ավելի փոքր լինի:
Եթե գիտենք, որ N2-ի և O2-ի հավասարակշռային կոնցենտրացիաները հավասար են 0,1 Մ-ի, ապա NO-ի հավասարակշռային կոնցենտրացիան հաշվելու համար կարող ենք Kc-ի համար գրված հավասարումը ձևափոխել հետևյալ կերպ.
Kc=[NO]2[N2][O2]                Ձևափոխեք այնպես, որ միայն NO-ն հայտնվի մի կողմում։
[NO]2=K[N2][O2]       [NO]-ն գտնելու համար հավասարման երկու կողմից հանիր քառակուսի արմատ։
[NO]=K[N2][O2]
Երբ մենք տեղադրում ենք հավասարակշռային կոնցենտրացիաներն ու Kc-ի արժեքը, ստանում ենք․
[NO]=K[N2][O2]=K[N2][O2]=(3,41021)(0,1)(0,1)=5,81012Մ
Ինչպես ենթադրվել էր, NO-ի հավասարակշռային կոնցենտրացիան՝ 5,81012Մ, շատ ավելի փոքր է, քան ելանյութերի՝ [N2]-ի և [O2]-ի հավասարակշռային կոնցենտրացիաները։

Ամփոփում

Եթե օվկիանոս մտնող մարդկանց քանակը ժամանակի ընթացքում հավասարվում է օվկիանոսից դուրս եկող մարդկանց քանակին, ապա համակարգը հավասարակշռության վիճակում է։ Մարդկանց ընդհանուր թիվն ափում և ջրում կմնա հաստատուն, չնայած որ նրանք դեռ տեղաշարժվում են ավազից դեպի ջուրն ու հակառակը։ Նկարի աղբյուրը՝ flickr կայքի penreyes օգտատեր, CC BY 2.0
  • Դարձելի ռեակցիան կարող է ընթանալ երկու ուղղությամբ՝ ուղիղ և հակադարձ։
  • Քիմիական հավասարակշռությունը (կամ հավասարակշռությունը) տեղի է ունենում, երբ ուղիղ ռեակցիայի արագությունը հավասարվում է հակադարձ ռեակցիայի արագությանը։ Հավասարակաշռության պահին բոլոր ելանյութերի ու վերջանյութերի կոնցենտրացիաները հաստատուն են։
  • Տրված է aA+bBcC+dD ռեակցիան։ Հավասարակշռության հաստատունը՝ Kc, նաև նշվում է որպես K կամ Kհավ, որոշվում է հետևյալ կերպ․
Kc=[C]c[D]d[A]a[B]b
  • Այն ռեակցիաների համար, որոնք հավասարակշռության վիճակում չեն, մենք կարող ենք գրել նման մեկ այլ արտահայտություն ռեակցիայի գործակցի՝ Q-ի համար, որի արժեքը հավասարակշության պահին հավասար է Kc-ի արժեքին։
  • Kc-ն կարող է օգտագործվել՝ պարզելու արդյոք ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է, թե ոչ, ինչպես նաև հավասարակշռության պահին կոնցենտրացիաները հաշվելու և որոշելու, թե արդյոք հավասարակշռությունը շեղված է վերջանյութերի կամ ելանյութերի առաջացման կողմը, թե ոչ:

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: