Back to chapter

14.5:

מנת התגובה

JoVE Core
Chimie
Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu.  Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.
JoVE Core Chimie
Reaction Quotient

Langues

Diviser

המשוואה המתארת את קבוע שיווי המשקל כתוב כריכוזים מולריים של התוצרים, C ו-D, חלקי המגיבים, A ו-B, בשיווי משקל, כשכל אחד מהם מועלה בחזקת המקדם הסטויכומטרי המתאים. עם פתרונה, המשוואה שווה לקבוע שיווי המשקל, Kc.ניתן לכתוב ביטי דומה למגיבים והתוצרים בכל ריכוז, והכמות המחושבת ידועה כמנת הריאקציה, Qc.בדומה ל-Qc, את הביטוי של Qp ניתן לכתוב לתגובות גזיות באמצעות לחצים חלקיים. בעוד ש-K נותר קבוע עבור טמפרטורה מסוימת, ללא קשר לריכוז, ערכו של Q משתנה ככל שהתגובה מתקדמת לעבר התוצרים או המגיבים.ניתן להשתמש במנת הריאקציה כדי למצוא את הכיוון בו תמשיך התגובה על מנת להגיע לשיווי משקל. בתחילתה של כל תגובה, אם ריכוז התוצרים שווה לאפס, אז מנת התגובה היא אפס. בכל עת שריכוז המגיבים במכנה הוא גבוה, כך ש-Q קטן יותר מ-K, התגובה תנוע לכיוון ימין כדי לייצר יותר תוצרים עד שהמערכת תגיע לשיווי משקל.אם ריכוז המגיבים מגיע לאפס, מנת התגובה היא אינסופית. בכל עת שריכוז התוצרים במונה גבוה, כך ש-Q גדול מ-K, התגובה תנוע לשמאל כדי ליצור יותר מגיבים. אם Q שווה ל-K, המערכת נמצאת בשיווי משקל וקצב התגובה הישרה והתגובה ההפוכה זהים.חשבו על תגובה כימית בעלת קבוע שיווי משקל של 50. אם תערובת התגובה מכילה ריכוז של 0.2 מולר מימן, יוד בריכוז של 0.2 מולר ומימן יודי רביכוז של-1.7 מולר, ניתן לקבוע את כיוון התגובה המוצגת על ידי חישוב Q.אם נציב את הריכוזים הנתונים בנוסחה, נראה כי Q שווה 72, ערך הגדול יותר מ-K. ומכאן שהתגובה תנוע לכיוון שמאל.

14.5:

מנת התגובה

The status of a reversible reaction is conveniently assessed by evaluating its reaction quotient (Q). For a reversible reaction described by m A + n B ⇌ x C + y D, the reaction quotient is derived directly from the stoichiometry of the balanced equation as

Eq1

where the subscript c denotes the use of molar concentrations in the expression. If the reactants and products are gaseous, a reaction quotient may be similarly derived using partial pressures:

Eq2

Note that the reaction quotient equations above are a simplification of more rigorous expressions that use relative values for concentrations and pressures rather than absolute values. These relative concentration and pressure values are dimensionless (they have no units); consequently, so are the reaction quotients.

The numerical value of Q varies as a reaction proceeds towards equilibrium; therefore, it can serve as a useful indicator of the reaction’s status. To illustrate this point, consider the oxidation of sulfur dioxide:

Eq3

Two different experimental scenarios are possible here, one in which this reaction is initiated with a mixture of reactants only, SO2 and O2, and another that begins with only product, SO3. For the reaction that begins with a mixture of reactants only, Q is initially equal to zero:

Eq4

As the reaction proceeds toward equilibrium in the forward direction, reactant concentrations decrease (as does the denominator of Qc), product concentration increases (as does the numerator of Qc), and the reaction quotient consequently increases. When equilibrium is achieved, the concentrations of reactants and product remain constant, as does the value of Qc.

If the reaction begins with only product present, the value of Qc is initially undefined (immeasurably large, or infinite):

Eq5

In this case, the reaction proceeds toward equilibrium in the reverse direction. The product concentration and the numerator of Qc decrease with time, the reactant concentrations and the denominator of Qc increase, and the reaction quotient consequently decreases until it becomes constant at equilibrium. The constant value of Q exhibited by a system at equilibrium is called the equilibrium constant, K:

Eq6

Evaluating a Reaction Quotient

Gaseous nitrogen dioxide forms dinitrogen tetroxide according to this equation:

Eq7

When 0.10 mol NO2 is added to a 1.0-L flask at 25 °C, the concentration changes so that at equilibrium, [NO2] = 0.016 M and [N2O4] = 0.042 M. Before any product is formed, [NO2] = 0.10 M and [N2O4] = 0 M. Thus,

Eq8

At equilibrium,

Eq9

This text has been adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 13.2 Equilibrium Constants.

Suggested Reading

  1. Lederer, Robert. "The Reaction Quotient Is Unnecessary To Solve Equilibrium Problems: No Problems with Q." Journal of Chemical Education 82, no. 8 (2005): 1149. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed082p1149.2