14.5: Коэффициент реакции

Статус обратимой реакции удобно оценивается путем вычисления ее коэффициента реакции (Q). Для обратимой реакции, описанной m A + n B ⇌ x C + y D, коэффициент реакции выводится непосредственно из стехиометрии сбалансированного уравнения AS

где индекс c обозначает использование молярных концентраций в выражении. Если реагенты и продукты газообразны, коэффициент реакции может быть аналогичным образом получен с использованием парциального давления:

Обратите внимание, что приведенные выше уравнения реактивного коэффициента являются упрощением более строгих выражения, в которых используются относительные значения для концентраций и давлений, а не абсолютные значения. Эти относительные значения концентрации и давления не имеют размеров (они не имеют единиц), следовательно, так же, как и реактивные показатели.

Численное значение Q изменяется по мере того, как реакция идет к равновесию; поэтому оно может служить полезным индикатором состояния реакции. Чтобы проиллюстрировать этот момент, рассмотрите окисление диоксида серы:

Здесь возможны два различных экспериментальных сценария, один из которых инициируется с использованием смеси только реагенты, SO₂ и O₂, а другой, который начинается только с продукта SO₃. Для реакции, начинающейся только с смеси реагенты, Q изначально равен нулю:

По мере того как реакция движется к равновесию в прямом направлении, концентрации реагент уменьшаются (как и знаменатель КК), концентрация продукта увеличивается (как и числитель КК), и соответственно возрастает коэффициент реакции. При достижении равновесия концентрации реагенты и продукта остаются неизменными, как и значение КК.

Если реакция начинается с наличия только продукта, значение КК изначально не определено (неизмеримо большое или бесконечное):

В этом случае реакция идет на равновесие в обратном направлении. Концентрация продукта и числитель КК со временем уменьшаются, концентрации реагент и знаменатель КК увеличиваются, и соответственно коэффициент реакции уменьшается до тех пор, пока он не станет постоянным в равновесии. Постоянное значение Q, отображаемое системой в равновесии, называется константой равновесия, K:

Оценка коэффициента реакции

Газообразный диоксид азота образует тетраоксид динитрогена по этому уравнению:

При добавлении 0.10 моль NО₂ к фласке объемом 1.0 л при температуре 25 °C концентрация изменяется таким образом, что при равновесии, [NО₂] = 0.016 м и [N2O₄] = 0.042 М. до формирования любого продукта, [NО₂] = 0.10 м и [N2O₄] = 0 М. таким образом,

При равновесии,

Этот текст был адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 13.2 равновесные константы.