Kemijska ravnoteža

Ravnoteža je dinamička

Za opću reakciju aA + bB ⇌ cC + dD u početku može prevladavati reakcija naprijed, ali nastajanjem produkata raste mogućnost povratne reakcije. U ravnoteži su brzine jednake, ne nužno koncentracije.

Stalan sastav ne znači jednake količine reaktanata i produkata. Položaj ravnoteže proizlazi iz termodinamike sustava i može snažno favorizirati jednu stranu.

K opisuje ravnotežno stanje

Za jednostavan koncentracijski zapis K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), ali precizna termodinamika koristi bezdimenzijske aktivnosti. Čiste čvrste tvari i tekućine u standardnoj aproksimaciji imaju aktivnost blizu 1.

Vrijednost K za određenu reakciju ovisi o temperaturi. Promjena početnih količina ne mijenja K; mijenja put i konačni sastav koji mora zadovoljiti ravnotežni uvjet.

Q određuje smjer potrebne promjene

Reakcijski kvocijent Q ima isti algebarski oblik kao K, ali se računa iz trenutačnog sastava. Ako je Q < K, neto reakcija ide prema produktima; ako je Q > K, ide prema reaktantima.

Pri Q = K sustav je u ravnoteži u danim uvjetima. Usporedba Q i K preciznija je od nagađanja smjera samo zato što neke tvari ima „puno“.

Le Chatelierovo načelo je kratica

Dodavanje reaktanta, uklanjanje produkta ili promjena tlaka može pomaknuti Q u odnosu na K. Sustav zatim mijenja sastav dok ponovno ne vrijedi Q = K. To je kvantitativna osnova Le Chatelierova načela.

Kod plinskih reakcija promjena volumena djeluje kada mijenja aktivnosti i broj molova plina na obje strane. Dodavanje inertnog plina pri stalnom volumenu zato ne mora izazvati jednostavan pomak.

Temperatura mijenja K, katalizator ne

Promjena temperature mijenja termodinamiku, a time i K. Kod endotermne reakcije povišenje temperature obično pogoduje produktima, kod egzotermne tipično suprotno.

Katalizator snižava kinetičku barijeru u oba smjera. Ubrzava postizanje ravnoteže, ali pri istoj temperaturi ne mijenja K ni konačni ravnotežni sastav.

Koncentracija je često samo aproksimacija aktivnosti

U razrijeđenim školskim otopinama aktivnost često zamjenjujemo koncentracijom u odnosu na standardno stanje. U koncentriranim otopinama i elektrolitima međudjelovanja čestica uzrokuju odstupanja pa su za precizan opis K potrebni koeficijenti aktivnosti.

Ta razlika objašnjava zašto je termodinamička konstanta ravnoteže bezdimenzijska, iako jednostavni školski izrazi izgledaju kao potencije koncentracija s jedinicama. Koncentracijski model koristan je unutar svojih pretpostavki, ne izvan njih.

Riješeni primjeri