مقاله فارسی ثابت تعادل شیمیایی

ثابت تعادل شیمیایی
تمام فرآیندهای برگشت پذیر ، تمایل رسیدن به یک حالت تعادلی را دارند. برای یک واکنش برگشت پذیر ، حالت تعادل وقتی برقرار می‌شود که سرعت واکنش رفت برابر با سرعت برگشت باشد. در یک واکنش تعادلی ، از تقسیم ثابت سرعت واکنش رفت Kf بر ثابت واکنش برگشت ، Kr ، ثابت دیگری بدست می‌آید که ثابت تعادل شیمیایی ، K ، نامیده می‌شود.
مقدار عددی ثابت تعادل
مقدار عددی K با دما تغییر می‌کند. تعداد مجموعه غلظتها برای سیستمهای تعادلی این واکنش ، بی نهایت زیاد است. ولی در هر صورت برای کلیه سیستمهای تعادلی در دمای معین وقتی که غلظتهای A2 ، B2 ، AB در رابطه بالا قرار گیرند، همواره به یک مقدار K منجر می‌شوند. بطور کلی ، برای هر واکنش برگشت پذیر:
wW + xX ↔ yY + zZ
عبارت ثابت تعادل به صورت زیر است:
K = {Y}y{Z}z/{W}w{X}x
بطور قرار دادی ، جملات غلظت مواد طرف راست معادله شیمیایی در صورت کسر عبارت ثابت تعادل نوشته می‌شود.
ثابت تعادل Kc
ثابت تعادلی که در آن غلظتهای مواد بر حسب مول بر لیتر بیان می‌شوند، گاهی به صورت Kc نشان داده می‌شود. برای واکنش:
(H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g
مقدار Kc برای سیستمهای تعادلی در 425 درجه سانتیگراد عبارت است از:
Kc = {HI}2/{H2} {I2} = 54/5
مقدار عددی ثابت تعادل از طریق آزمایش تعیین می‌شود. اگر غلظتهای مواد (برحسب mol/lit) موجود در هر مخلوط تعادلی در 425 درجه سانتیگراد در عبارت Kc منظور شوند، نتیجه برابر با 54/5 خواهد شد. مخلوط تعادلی را می‌توان هم از موادی که در سمت راست معادله شیمیایی قرار دارند و هم از مواد سمت چپ این معادله و هم از مخلوط آنها تهیه کرد.
وضع تعادل و Kc
مقدار ثابت تعادل معیاری برای تشخیص وضع تعادل است. توجه داشته باشید که جملات مربوط به غلظت مواد طرف راست معادله شیمیایی در صورت کسر عبارت ثابت تعادل نوشته می‌شود.
نکات اساسی مربوط به عبارت ثابت تعادل
جملات غلظت مواد سمت راست معادله شیمیایی در صورت عبارت Kc و جملات غلظت مواد سمت چپ معادله در مخرج عبارت Kc نوشته می‌شود.
جملات غلظت مواد مایع و جامد خالص در عبارت ثابت تعادل نوشته نمی‌شود. ولی مقدار Kc این جملات را در بردارد.
اگر در یک تعادل معین دما تغییر نکند، Kc ثابت می‌ماند ولی در دماهای مختلف، مقدار c تغییر می‌کند.
مقدار Kc برای هر تعادل معینی، وضع آن تعادل را نشان می‌دهد. اگر مقدار Kc بزرگ باشد، واکنش از چپ به راست تقریبا کامل است و اگر مقدار Kc کوچک باشد، واکنش از راست به چپ کامل است. چنانچه مقدار Kc بسیار بزرگ و نه بسیار کوچک باشد، وضع تعادل بینابینی است.
ثابت تعادل Kp
فشار جزئی یک گاز ، اندازه‌ای از غلظت آن است. از اینرو ، ثابتهای تعادل واکنشهایی را که دارای مواد گازی هستند، می‌توان بر حسب فشارهای جزئی گازهای واکنش دهنده نوشت. اینگونه ثابت تعادلی را با Kp نشان می‌دهیم. برای تعادل:
(N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g
Kp = {PNH3}2 / {PN2} {PH2}3
رابطه بین Kpو Kc
Kp = Kc (RT)∆n
واحدهای Kpو Kc
برای کارهای دقیق بایستی از ثابت های تعادل که از اندازه گیریهای ترمودینامیکی بدست می‌آیند، استفاده شود. ثابتهای تعادل ترمودینامیکی بر حسب فعالیت و نه بر حسب غلظت (mol/L برای Kc) یا فشار (atm برای Kp) بیان می‌شود. ولی در غلظتهای پایین و در فشارهایی تا چند اتمسفر می‌توان غلظتها و فشارها را با دقت قابل قبولی بکار برد.
در ضمن توجه شود که فعالیت دارای واحد نیست. زیرا فعالیت از تقسیم کردن غلظت یا فشار واقعی یک ماده بر غلظت یا فشار آن ماده در حالت استاندارد بدست می‌آید. در نتیجه ثابتهای تعادل ترمودینامیکی ، کمیتهای بدون واحد هستند. به همین علت ، تمام ثابتهای تعادل غالبا بدون واحد بیان می‌شوند.
ثابت تعادل
بررسي واكنشهاي شيميايي كه شامل فرايند‌هايي كه در آن پيوند‌ها شيميايي (پيوند‌هاي كووالان) يا اندركنش‌هاي غيركووالان تشكيل و يا گسيخته مي‌شوند برمي‌گرديم. از آنجا كه سيستم‌هاي مايع از اهميت زيادي برخوردارند، فرض مي‌كنيم كه اين فرايند‌ها در سيستم مايع همگن حاوي يك فاز انجام مي شود، در يك واكنش شيميايي در حال تعادل داريم:
aA+bB(mM+nN
در معادله اخير A و B مواد واكنشگر و M و N. محصولات و n, m, b, a ضرايب استوكيومتري در واكنش موازنه شده مي‌باشند. فعلا نيازي به حالت تعادل در سيستم نمي‌باشد ولي دما و فشار ثابت در نظر گرفته مي‌شوند.
تغييرات انرژي آزاد مولي به صورت تفاوت بين انرژي آزاد حالت نهايي منهاي حالت اوليه تعريف مي‌شود پس داريم:
از آنجا كه سيستم واكنش‌ ما شامل يك مخلوط مي‌باشد به منظور بيان انرژي آزاد واكنشگرها و محصولات از كميت پتانسيل شيميايي استفاده مي‌كنيم پس
از آنجا با توجه به خواص لگاريتمي داريم:
و از آنجا داريم:
كه در آن
حال اگر فعاليت ها، فعاليت‌هاي حالت تعادلي باشند داريم:
از آنجا كه در سيستم در حال تعادل 0 (G= مي‌باشد با قرار دادن معادله فوق مي‌توان نتيجه‌اي ساده ولي خيلي مهم به دست آورد.
∆ Gº= -RTlnK
كميت K ثابت تعادل واكنش ناميده مي‌شود
توجه كنيد كه عكس K به عنوان ثابت تعادل واكنش برگشت تعريف مي‌شود.
∆G° تغيير انرژي آزاد استاندارد واكنش ناميده مي‌شود و به تغيير انرژي آزاد بر واحد مول در زماني كه واكنشگرها در حالت استاندارد خود به محصولات در حالت استاندارد خود تبديل مي‌شوند اطلاق مي‌گردد.
در متون شيمي، گاه به منظور مشخص نمودن نوع فرايند شيميايي، با دادن صفت‌هاي گوناگون به ثابت تعادل اين كار را انجام مي‌دهند. براي مثال اسيد ضعيف HA به صورت زير تفكيك مي‌گردد:
قرار دادن نماد ثابت تعادل بالاي پيكان ها به خواننده مي‌گويد كه چگونه اين ثابت تعريف شده است. در اين مورد
به ثابت تعادل فوق، ثابت تفكيك اسيدي (يا ثابت يونيزاسيون اسيد) گويند.
براي يك واكنش، به خصوص واكنشي كه شامل اندركنش‌هاي غير كووالانسي مي‌باشد داريم:
كه مي‌توان آن را ثابت تشكيل، ثابت پايداري و يا ثابت پيوستگي ناميد. اگر واكنش فوق عكس گردد ثابت تعادل آن (عكس K) ثابت تفكيك يا ثابت ناپايداري مي‌شود.
مقدار تجربي Ka براي اسيد استيك در آب در دماي ºC 25، 5- 10 × 75/1 مي‌باشد. ∆Gº را براي فرايند فوق محاسبه كنيد.
RT log Ka 303/2- = (Gº
(757/4-) (K 15/298) (1- K 1- cal mol 987/1) (303/2)- =
1- kcal mol 49/6 + = 1- cal mol 6490+ =
اگر 1 K
اگر 1 K= ، 0(Gº =
اگر 1K > ، 0(Gº<
وابستگي ثابت تعادل با دما. معادله گيبس- هلمهولتز[1] براي مقصود حاضر ما مفيد است.
(Gº=-RTlnk ، مرتب كردن آن چنين مي‌دهد:

فایل : 9 صفحه

فرمت : Word