14.2
שקול את החמצון של דו תחמוצת הגופרית:

עבור תגובה שמתחילה בתערובת מגיבים בלבד, ריכוז התוצר שווה בתחילה לאפס. ככל שהתגובה מתקדמת לקראת שיווי משקל בכיוון…
חוק פעולת המסות מציג את קבוע שיווי המשקל המקשר ריכוזי שיווי משקל של המגיבים והתוצרים. עבור משוואה כימית מאוזנת שבה A ו-B הם מגיבים, וC ו-D הם תוצרים, dו a, b, c הם המקדמים הסטויכומטריים שלהם בהתאמה, הביטוי לקבוע שיווי המשקל מתקבל מחלוקת הריכוזים המולריים של התוצרים בריכוזים המולריים של המגיבים, כולם בחזקת המקדמים הסטויכומטריים שלהם. קבוע שיווי המשקל מבוטא בדרך כלל באותיות K או Kc, כאשר האות c מציינת כי קבוע שיווי המשקל בהתאמה לריכוז המולרי.
בהיותו יחס בין ריכוזים מולריים, קבוע שיווי המשקל הוא מספר נטול יחידת מידה. משמעותו של קבוע שיווי משקל גדול משמעותית מ-1 היא שהמונה, ריכוז התוצרים, גדול יותר מהמכנה, ריכוז המגיבים. כך רואים ששיווי המשקל נוטה לעבר התוצרים ומעדיף את התגובה הישירה.
בהתאמה, קבוע שיווי משקל קטן מ-1 מצביע על כך שהמכנה גדול מהמונה. כלומר ששיווי המשקל הכימי נוטה לעבר המגיבים ומעדיף את התגובה ההפוכה. קבוע שיווי משקל בעל ערך שווה או קרוב ל-1 מראה כי הריכוזים היחסיים של המגיבים והתוצרים כמעט זהים.
זה מעיד על כך שלא התגבוה הישירה ולא התגובה ההפוכה עדיפות. שינויים במשוואה הכימית משנים גם את קבוע שיווי המשקל. אם תגובה כימית בעלת קבוע שיווי משקל של X מתהפכת, אזי נוסחת שיווי המשקל הכימי לתגובה ההפוכה תהיה הופכית לתגובה הישירה.
מכאן שקבוע שיווי המשקל החדש יהיה 1 חלקי X.אם המקדמים מוכפלים בגורם נוסף, n, אזי קבוע שיווי המשקל יהיה בחזקת אותו n. קבוע שיווי המשקל החדש יהיה x בחזקת n. כששתי תגובות או יותר מחוברות זו לזו, קבוע שיווי המשקל של התגובה בכללותה הוא מכפלת קבועי שיווי המשקל.
קבוע שיווי המשקל החדש יהיה y כפול z. בשיווי משקל הטרוגני, נוסחת קבוע שיווי המשקל לא תכלול חומרים מוצקים או נוזליים טהורים. לדוגמה, קבוע שיווי המשקל בפירוק של אמוניום חנקתי מוצק לחמצן דו חנקני במצב גז ולאדי מים, לא כולל אמוניום חנקתי מוצק טהור.
זאת מפני שהריכוז המולרי היחסי של מוצק או נוזל טהור נותר קבוע במהלך תגובה.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How is the equilibrium constant expression written for a chemical reaction?
The equilibrium constant expression is the ratio of molar concentrations of products divided by molar concentrations of reactants, each raised to their stoichiometric coefficients. For a reaction aA + bB ⇌ cC + dD, the expression is K = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b. The subscript c in Kc indicates the constant is based on molar concentration. This unitless ratio quantifies the relative amounts of reactants and products at equilibrium.
Q2: What does a large equilibrium constant value tell you about a reaction?
A large equilibrium constant much greater than 1 indicates that the numerator (product concentrations) is greater than the denominator (reactant concentrations), meaning equilibrium lies toward the products and favors the forward reaction. Conversely, a small equilibrium constant much less than 1 means reactant concentrations exceed product concentrations, favoring the reverse reaction. An equilibrium constant near 1 indicates neither direction is favored.
Q3: How does reversing a chemical equation affect its equilibrium constant?
When a chemical reaction is reversed, the equilibrium constant for the reverse reaction becomes the reciprocal of the forward reaction's constant. If the forward reaction has equilibrium constant x, the reversed reaction has equilibrium constant 1/x. This reciprocal relationship reflects the swap of reactants and products in the reversed equation.
Q4: What happens to the equilibrium constant when stoichiometric coefficients are multiplied by a factor?
When stoichiometric coefficients in a chemical equation are multiplied by a factor n, the equilibrium constant is raised to that same factor. If the original equilibrium constant is x, the new equilibrium constant becomes x^n. This exponential relationship ensures the equilibrium expression remains consistent with the modified stoichiometry.
Q5: How do you find the equilibrium constant for coupled reactions?
When two or more equilibrium reactions are added together, the equilibrium constant for the overall reaction is the product of the individual equilibrium constants. If reaction 1 has constant y and reaction 2 has constant z, the combined reaction has equilibrium constant y × z. This multiplicative relationship allows prediction of complex equilibrium systems from simpler component reactions.
Q6: Why are pure solids and pure liquids excluded from heterogeneous equilibrium constant expressions?
Pure solids and pure liquids are excluded from heterogeneous equilibrium constant expressions because their relative molar concentrations remain constant during the reaction. Since the equilibrium constant depends only on concentrations that change, including constant values would be redundant. For example, in ammonium nitrate decomposition, the solid ammonium nitrate is excluded from the expression.
Q7: Does the equilibrium constant indicate how fast a reaction reaches equilibrium?
No, the magnitude of the equilibrium constant does not indicate the reaction rate or how quickly equilibrium is reached. Some equilibria establish nearly instantaneously, while others proceed so slowly that no perceptible change occurs over days, years, or longer. The equilibrium constant only reflects the composition of the reaction mixture at equilibrium, not the speed of reaching that state.