Kemiallinen tasapaino
Kemiallinen tasapaino on dynaaminen tila, jossa etenevän ja palautuvan reaktion keskimääräiset nopeudet ovat samat. Koostumus voi pysyä vakiona vaikka molekyylit jatkavat muuttumista. Tasapainon sijaintia kuvaa lämpötilasta riippuva tasapainovakio K.
Dynaaminen luonne
Tasapaino ei tarkoita reaktion pysähtymistä. Molekyylitasolla tapahtumia on kumpaankin suuntaan, mutta nettomuutos on nolla, koska nopeudet ovat yhtä suuret.
Q ja K
Reaktio-osamäärä Q rakennetaan samalla tavalla kuin K mutta nykyisistä aktiivisuuksista. Jos Q
Gibbsin energia
ΔG=ΔG°+RT lnQ. Tasapainossa ΔG=0, joten ΔG°=−RT lnK. Suuri K kertoo tuotteiden termodynaamisesta suosimisesta määritellyssä standarditilassa, mutta ei reaktion nopeudesta.
Le Chatelier
Konsentraation tai paineen muutos muuttaa Q:ta ja järjestelmä kehittyy, kunnes Q on jälleen K. Le Chatelier’n periaate on hyödyllinen laadullinen sääntö, mutta Q/K-vertailu on täsmällisempi.
Katalyytti
Katalyytti madaltaa kineettistä estettä sekä etenevälle että palautuvalle reitille. Se nopeuttaa tasapainon saavuttamista mutta ei muuta K:ta, ΔG°:ta tai lopullista tasapainokoostumusta samassa lämpötilassa.
Lämpötila
Lämpötila voi muuttaa itse K:ta. Endotermisen reaktion K usein kasvaa lämpötilan noustessa ja eksotermisen pienenee. Tämä on termodynaaminen vaikutus, ei vain ajatus “lämmön lisäämisestä reagenssiksi”.
Aktiivisuudet
Laimennetuissa liuoksissa konsentraatio toimii usein aktiivisuuden likiarvona. Väkevissä elektrolyyteissä ja epäideaalisissa kaasuissa tarvitaan aktiivisuuskertoimia tai fugasiteettia, jotta K säilyy oikein määriteltynä.
Heterogeeninen tasapaino
Puhtaan kiinteän tai nestemäisen faasin aktiivisuus asetetaan standardimallissa arvoon 1. Siksi sitä ei kirjoiteta K-lausekkeeseen, vaikka faasin on oltava läsnä. Kiinteän aineen lisääminen ei muuta tasapainoa, jos sama kiinteä faasi on jo olemassa.
Paineen vaikutus
Kaasutasapainossa tilavuuden muutos vaikuttaa osapaineisiin ja Q:hun. Kompressio ei “aina suosi tuotteita”, vaan vaikutus riippuu kaasumaisten stoikiometristen kertoimien erosta. Q/K-analyysi on turvallisin tapa päätellä suunta.
Nopeus ja tasapaino
Erittäin suuri K ei takaa, että tasapaino saavutetaan nopeasti. Jos aktivoitumisbarrieri on korkea, koostumus voi pysyä pitkään kaukana tasapainosta. K ja nopeusvakio vastaavat eri kysymyksiin.
Tasapainon mittaaminen
Käytännössä tasapaino voidaan tunnistaa siitä, että mitattavat suureet kuten absorbanssi, paine tai pitoisuussuhteet pysyvät ajan suhteen vakaina. Vakio makroskooppinen arvo ei silti todista molekyylitason pysähtymistä; isotooppijäljitys voi osoittaa jatkuvan molemminpuolisen vaihdon.
Harjoitus
Jos Q Kohti tuotteita, kunnes Q kasvaa arvoon K. Nopeus on erillinen kineettinen kysymys.Ratkaisu