Keemiline tasakaal
Keemiline tasakaal on dünaamiline olek, milles edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused on võrdsed ning makroskoopiline koostis püsib ajas muutumatu. Tasakaal ei tähenda võrdseid kontsentratsioone ega reaktsiooni seiskumist. Tasakaalukonstant K kirjeldab termodünaamiliselt eelistatud koostist kindlal temperatuuril.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Dünaamiline tasakaal
Suletud süsteemis võib pöörduv reaktsioon jõuda olekusse, kus reagentide ja produktide kontsentratsioonid enam ei muutu. Molekulaarsel tasandil toimuvad mõlemad suunad endiselt; võrdsed on nende kiirused, mitte tingimata ainekogused.
Kui tasakaalusüsteemi märgistada isotoobiga, võib sageli näha pidevat molekulivahetust isegi siis, kui kogukontsentratsioonid on konstantsed. See on otsene põhjus, miks tasakaalu ei tohi kujutleda „külmunud” seguna.
Tasakaalukonstandi avaldis
Reaktsioonile aA + bB ⇌ cC + dD kirjutatakse lihtsas kontsentratsioonikäsitluses K_c = [C]^c[D]^d / ([A]^a[B]^b). Puhtaid tahkeid aineid ja puhtaid vedelikke ei lisata tavaliselt avaldisse, sest nende aktiivsus võetakse standardolekus üheks.
Suure K korral on tasakaaluline koostis produktide poole tugevasti nihkunud; väikese K korral reagentide poole. K ei ütle, kui kiiresti tasakaal saavutatakse. Aeglane reaktsioon võib omada väga suurt K väärtust.
Reaktsioonikvoot Q ennustab muutuse suunda
Q arvutatakse sama kujuga nagu K, kuid hetke koostisest. Kui Q < K, peab süsteem Q suurendamiseks netona liikuma produktide suunas; kui Q > K, liigub netona reagentide suunas; Q = K tähendab tasakaalu.
See võrdlus on täpsem kui mehaaniline Le Châtelier' reegli kasutamine, sest Q näitab otseselt, kuidas kontsentratsioonimuutus muudab massitoime avaldist.
Le Châtelier' printsiip ja temperatuur
Kui lisada reagenti või eemaldada produkti, muutub Q ja süsteem areneb uue tasakaalu poole. Gaasireaktsioonis võib ruumala muutmine nihutada tasakaalu poole, kus on vähem või rohkem gaasilisi osakesi, kuid mõju tuleb hinnata konkreetse Q avaldise kaudu.
Temperatuur on eriline: selle muutmine võib muuta ka K väärtust, sest K on seotud reaktsiooni standardse Gibbsi energiaga. Eksotermilise reaktsiooni soojendamine soosib tavaliselt tagasisuunda; endotermilise reaktsiooni puhul vastupidi.
Katalüsaator ei nihuta tasakaalu
Katalüsaator vähendab edasi- ja tagasireaktsiooni aktivatsioonibarjääre ning võib aidata tasakaalu kiiremini saavutada. Ta ei muuda sama temperatuuri juures K väärtust ega tasakaalukoostist.
Tasakaalu ja kineetikat tuleb seetõttu eristada. K vastab küsimusele „kuhu süsteem termodünaamiliselt kaldub?”, kiiruskonstandid ja aktivatsioonienergia aga küsimusele „kui kiiresti sinna jõutakse?”.
Ülesanded
Q ja K
Kui Q = 0,10 ja K = 5,0, mis suunas süsteem netona liigub?
Lahendus: Q < K, seega produktide suunas, kuni Q = K.
Katalüsaator
Kas katalüsaatori lisamine muudab K väärtust?
Lahendus: Ei. Sama temperatuuri juures muudab ta tasakaalu saavutamise kiirust, mitte tasakaalu asukohta.
Tahke aine
Miks puhast tahket ainet sageli K_c avaldisse ei kirjutata?
Lahendus: Puhta tahke faasi aktiivsus on valitud standardoleku suhtes konstantne ja liidetakse K väärtusse.