ثابت تعادل، اغلب به عنوان K یا گاهی اوقات به عنوان k در زمینه های مقدماتی، یکی از قدرتمندترین ابزار پیش بینی در شیمی است، مقدار نسبی واکنش و محصولات موجود را اندازه گیری می کند زمانی که یک واکنش شیمیایی برگشت پذیر به یک حالت تعادل پویا می رسد. [F4]

این مقاله یک اکتشاف جامع از ثابت تعادل، از پایه ریاضی و معنای فیزیکی آن به کاربرد آن در پیش بینی نتایج واکنش در شرایط مختلف فراهم می کند.

تعریف اساسی از Equilibrium Constant

در هسته آن، ثابت تعادل یک عدد بدون بعد است که مربوط به غلظت (یا فشارهای جزئی) گونه های شیمیایی در تعادل برای یک واکنش برگشت پذیر داده شده است.

[[ویرایش] [۱] [۱] [۱]

بیان ثابت تعادل به عنوان:

[[ویرایش] [[[ویرایش] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]]] [[[ویرایش]]] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]] [[[ویرایش] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۲] [۱۰] [۲] [۲] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۳] [۲] [۲] [۳] [۳] [۲] [۲] [۱۰] [۱۰]

در جایی که براکت های مربع، غلظت های مولار (مول/L) را در تعادل نشان می دهند، برای واکنش هایی که گازهای را شامل می شوند، ثابت تعادل نیز می تواند از نظر فشارهای جزئی (Kp بیان شود.[۱۰][۱۰][۲][۱۰]

ارزش K ثابت برای واکنش داده شده در دمای خاص است، این ناسازگاری یک نتیجه مستقیم از قانون عمل توده ای است، که ابتدا توسط Cato Guldberg و Peter WaLTage در سال 1864 فرموله شده است، مهم است که توجه داشته باشید که جامد و مایعات خالص در تعادل دائمی ظاهر نمی شوند زیرا غلظت های ثابت (F) و مقدار آن ها به مقدار ثابت (F) و (F) محدود شده است.

چه چیزی در مورد واکنش های K Reveals

ارزش عددی K بینش فوری در ترکیب تعادل فراهم می کند:

  • K (بزرگ K): واکنش به شدت به محصولات نفع می کند، غلظت محصولات بسیار بیشتر از واکنش دهندگان است.
  • K (کوچک K): واکنش به شدت به واکنش دهندگان علاقه مند است.در تعادل، غلظت واکنش دهندگان بسیار بیشتر از محصول است.
  • ⁇ K ⁇ ⁇ مقدار قابل توجهی از هر دو واکنش دهنده و محصولات در تعادل وجود دارد.این واکنش متعادل است و تغییرات کوچک در شرایط می تواند موقعیت تعادل را به طور قابل توجهی تغییر دهد.

نمونه های کمی از تفسیر K

شکل گیری آمونیاک را از طریق فرآیند هابر در نظر بگیرید:

[[ویرایش] [[[ویرایش] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]]] [[[ویرایش]]] [[[۳]]] [[۳]]] [[۳]] [[۳]]] [[۲]] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳

در 298 K، [FLT3] این مقدار عظیم نشان می دهد که در دمای اتاق، واکنش به شدت به تولید آمونیاک، شرایط صنعتی (بالا) و فشار هوائی استفاده می شود، زیرا مستقل است.

در مقابل، انحلال اسید آستیک در آب:

[[ویرایش] [[[ویرایش] [[[ویرایش] [۱۰] [۱۰]] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [

در این میان، یک ماده ی طبیعی و بی نظیری از آن را به صورت زیر در نظر گرفته است.

استفاده از K برای پیش بینی جهت واکنش: واکنش امتیاز

در حالی که تعادل را توصیف می کند، واکنش از همان فرم ریاضی استفاده می کند، اما از شیمی دان فعلی غلظت یا فشارهای جزئی [به طور حتم در تعادل] مقایسه [FLT6] محاسبه می شود [F] [F [F] [F7]

  • اگر Q <؛ K: واکنش به جلو (به سمت راست) ادامه می یابد، واکنش بیشتری به محصولات تا زمانی که تعادل به دست آید.
  • اگر [از این رو] [از [به چپ] [از روی] [از [به چپ] [از روی] [و] [از این رو] [به چپ] [به]] واکنش نشان می دهد]، محصولات را به واکنش دهندگان تبدیل می کند.
  • اگر Q = K [FLT 1] باشد، سیستم در تعادل است؛ هیچ تغییر خالص رخ نمی دهد.

این توانایی پیش بینی شده در سیستم های پویا مانند متابولیسم بیولوژیکی، شیمی اتمسفر و راکتورهای صنعتی که در آن شرایط به طور مداوم تغییر می کند، ضروری است.

عواملی که بر ارزش K تأثیر می گذارند

دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای دمای

دما تنها متغیری است که ارزش تعادل را تغییر می دهد و رابطه با معادله ی Hoff به آن داده می شود:

[[ویرایش] [[ویرایش] [[ویرایش] [۲] [۲] [۲]] [۲] [۳] [۲]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۲] [۳] [۳] [۲] [۳] [۳] [۲] [۳] [۲] [۲] [۲] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۲] [۳] [۲] [۳] [۳] [۲] [۳] [۲] [۲] [۲] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۲] [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

در صورتی که تغییر در سطح استاندارد تغییر کند، واکنش های جانبی (δH °> 0)، افزایش دما (FLT:0K، به نفع تشکیل محصول برای واکنش های بیرونی (δHLT:2K[FLT3] ، به نفع واکنش دهندگان.

فشار و تمرکز

تغییر فشار یا تمرکز (FLT:0) و نه [FLT1] ارزش را تغییر می دهد خود، این تغییرات می تواند موقعیت تعادل (با توجه به اصل Le Chatelier) برای حفظ تعادل دائمی K [FLT5:5: ارزش به عنوان مثال، افزایش فشار در جهت تغییر گاز به سمت آسیب دیدگی آسیب دیدگی.

کاتالیزورها

در این میان، این دو عامل به صورت مستقیم و به صورت مستقیم به یکدیگر نزدیک می شوند و به آن ها اجازه می دهند که به سرعت به آن ها برسند.

رابطه بین انرژی آزاد K و Gibbs

یک ارتباط اساسی بین ترمودینامیک و تعادل وجود دارد. استاندارد Gibbs Free Energy Change (δG °) با تعادل ثابت مرتبط است:

[[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۳] [۱] [۳]

این معادله، مبنایی برای اندازه گیری (FLT:0) را فراهم می کند.[۱]

  • واکنش منفی ΔG (پاسخ مثبت به خود تحت شرایط استاندارد) با K]> 1 مطابقت دارد.
  • δG مثبت (غیرمسئولانه تحت شرایط استاندارد) با {\displaystyle \" (FLT:1} مطابقت دارد.
  • 0 امتیاز (FLT:0) = 1

این رابطه برای درک اینکه چرا برخی از واکنش ها محصول پسند هستند و دیگران نه بسیار مهم است و اجازه می دهد تا شیمیدانان برای محاسبه (FLT:0K از داده های ترمودینامیکی تب دار.

برنامه های کاربردی Equilibrium Constant

تولید شیمیایی صنعتی

در فرآیندهایی مانند سنتز هابر-بوش آمونیاک، ثابت تعادل حداکثر بازده ممکن را تعیین می کند. مهندسین از K برای طراحی راکتورها، انتخاب دما و فشار عملیاتی و بهینه سازی نرخ تبدیل آمونیاک، یک واکنش حدود 400 تا 500 درجه سانتیگراد به رغم [F:2K [F3] استفاده می شود.

سیستم های دارویی و بیوشیمیایی

در طراحی مواد مخدر، ثابت های تعادل مانند ثابت های الزام آور ( و مهار ثابت ( K تعیین کننده یک مولکول ثابت است که بدون پیش بینی این ترکیبات دارویی، به طور دقیق اولویت بندی می کند.

شیمی زیست محیطی

ثابت های تعادل بر توزیع آلاینده ها بین هوا، آب و خاک حکومت می کنند.به عنوان مثال، ثابت قانون هنری (یک نوع ثابت تعادل پارتیشن) پیش بینی می کند که چه مقدار از گاز مانند CO در اقیانوس ها حل می شود - یک عامل کلیدی در مدل های تغییرات آب و هوایی.

شیمی تحلیلی

منحنی های Titration و تجزیه و تحلیل های پیچیده بر ثابت های تعادل برای تعیین نقطه پایانی و محاسبه غلظت گونه های ناشناخته تکیه می کنند. مفهوم ثابت های تشکیل مشروط (K برای رقابت equilibria استفاده می شود.

تصورات غلط رایج درباره ی Equilibrium Constant

علی رغم سادگی آن، چندین سوء تفاهم باقی مانده است:

  • [[۱] [۱۰] تغییر در غلظت یا فشار [[۱۰] [[۱]] [۱۰]] [۳]] [۳] [۳]] تغییر در تعادل با تغییر در K یک خطای کلاسیک است.
  • همیشه بی طرف است.[۱۰] تنها در هنگام استفاده از فعالیت ها، اما در بسیاری از کتاب های درسی، غلظت (با واحدهای ضمنی) استفاده می شود؛ ارزش عددی حاصل از آن به عنوان بعد از طریق حالت استاندارد درمان می شود.
  • [در این باره] [و] [و [از این رو] [و [از این رو] [و [به سبب] [و [و] [و [به]] [و [به]] [و [به]] [و [به]]] [و [به] [و]] [و [به]] [و [به] [و [و] [و [به [و] [و [و [و] [و [و] [و [به [و [و [و] [به [و]] [و [و [و]] [و [و [به [و [و]]]] [و [و [و [و [به]]]] [و [و [به [و [و [به [و [و [و]]]]]]]]] [و [و [و [و [و [و [و [و [و [به [به]]]]]]]]]]]]] [به [به [و [و [و [و [و [و [و [به [به [به [به [و [به [به]] [و [به [

موضوعات پیشرفته: K برای واکنش های چند مرحله ای و چند مرحله ای

در سیستم های پیچیده، تعادل چندگانه به طور همزمان رخ می دهد.به عنوان مثال، در بافرهای بیولوژیکی، تعادل بین اسید کربنیک و بی کربنات شامل چندین واکنش همراه است. ثابت تعادل کلی برای یک فرآیند چند مرحله ای محصول ثابت برای هر مرحله فردی است (با ارائه مراحل افزودنی) این اصل اساسی است برای درک مسیرهای متابولیک و آنزیم.

مفهوم پیشرفته دیگر ثابت تعادل برای راه حل های غیرایده آل است، که در آن غلظت ها با فعالیت جایگزین می شوند (تمرکز موثر) این اصلاح در راه حل های متمرکز یا در نقاط قوت بالا آیونیک ضروری می شود.

چگونه به طور آزمایشی K را تعیین کنیم

در این میان، به طور معمول در مورد ، ، [[رده:

  1. اجازه دادن به واکنش برای رسیدن به تعادل در دمای کنترل شده
  2. • تشخیص واکنش (به عنوان مثال، با خنک کردن یا اضافه کردن یک عامل) برای جلوگیری از تغییر بیشتر.
  3. اندازه گیری غلظت تعادل از طریق تکنیک هایی مانند طیفophotometry، کروماتوگرافی یا Tagration.
  4. با استفاده از غلظت های اندازه گیری شده در بیان تعادل.

رویکردهای مدرن از نظارت زمان واقعی با NMR، FTIR یا طیفوسکوپی Raman برای ردیابی گونه ها بدون مزاحمت در تعادل استفاده می کنند.

منابع خارجی برای یادگیری عمیق تر

برای خوانندگانی که مایل به کشف بیشتر هستند، منابع معتبر زیر توضیحات و مثال های دقیقی ارائه می دهند:

نتیجه گیری

ثابت تعادل K بسیار بیشتر از یک عدد در یک کتاب درسی است - یک توصیف کننده اساسی از رفتار شیمیایی است.با اندازه گیری تعادل بین واکنش دهندگان و محصولات، K شیمی شیمی شیمی درمانی را قادر می سازد تا پیش بینی نتایج واکنش، فرآیندهای صنعتی کارآمد، و درک پیچیده ای که خود را حفظ رابطه شیمیایی و ضروری آن است.

این که آیا شما در حال تعیین عملکرد یک سنتز دارویی یا مدل سازی pH یک بدن طبیعی آب هستید، ثابت تعادل قابل اعتمادترین راهنمای شما است.