Back to chapter

14.2:

Evenwichtsconstante

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
The Equilibrium Constant

Idiomas

COMPARTILHAR

De wet der massawerking introduceert de evenwichtsconstante om de evenwichtsconcentraties van de reactanten en producten te relateren. Voor een uitgebalanceerde chemische vergelijking waarbij A en B reactanten zijn, C en D producten zijn, en kleine letters a, b, c en d hun respectievelijke stoichiometrische coëfficiënten zijn, wordt de uitdrukking van de evenwichtsconstante gegeven door de molaire concentraties van de producten gedeeld door de molaire concentraties van de reactanten, allemaal verhoogd tot hun stoichiometrische coëfficiënten. De evenwichtsconstante wordt vaak uitgedrukt met het symbool K of Kc, waarbij het subscript c de evenwichtsconstante aangeeft met betrekking tot de molaire concentratie.Omdat het een verhouding is van molaire concentraties, is de evenwichtsconstante eenheidloos. Een grote evenwichtsconstante veel groter dan 1 betekent dat de teller, dat wil zeggen de concentratie van de producten, groter is dan de noemer, de concentratie van de reactanten. Dit geeft aan dat het evenwicht naar de producten toe ligt en bevordert de voorwaartse reactie.Omgekeerd betekent een kleine evenwichtsconstante van veel minder dan 1 dat de noemer groter is dan de teller. Dit betekent dat het evenwicht in de richting van de reactanten ligt en de omgekeerde reactie bevordert. Voor een evenwichtsconstante van grootte gelijk aan of dichtbij 1, zijn de relatieve concentraties van de reactanten en producten bijna hetzelfde.Dit geeft aan dat noch de reactie, vooruit noch achteruit, de voorkeur heeft. Wijzigingen in de chemische vergelijking veranderen ook de evenwichtsconstante. Als een chemische reactie met een evenwichtsconstante x wordt omgekeerd, is de uitdrukking van de evenwichtsconstante voor de omgekeerde reactie het omgekeerde van de voorwaartse reactie.Dus de nieuwe evenwichtsconstante zou 1 gedeeld door x zijn. Als de coëfficiënten worden vermenigvuldigd met een andere factor, n, wordt de evenwichtsconstante tot dezelfde factor verhoogd. De nieuwe evenwichtsconstante zou nu x worden verhoogd tot de macht n.Wanneer twee of meer individuele reacties bij elkaar worden opgeteld, is de evenwichtsconstante voor de algehele reactie het product van de individuele evenwichtsconstanten. Dus de nieuwe evenwichtsconstante zou y keer z zijn. Voor een heterogeen evenwicht sluit de uitdrukking van de evenwichtsconstante zuivere vaste of zuivere vloeibare entiteiten uit.De uitdrukking voor de evenwichtsconstante voor de ontleding van vast ammoniumnitraat in gasvormig lachgas en waterdamp sluit bijvoorbeeld ammoniumnitraat uit een zuivere vaste stof. Dit komt doordat de relatieve molaire concentratie van een zuivere vaste stof of vloeistof constant blijft tijdens de reactie.

14.2:

Evenwichtsconstante

Consider the oxidation of sulfur dioxide:

Eq1

For a reaction that begins with a mixture of reactants only, the product concentration is initially equal to zero. As the reaction proceeds toward equilibrium in the forward direction, the reactant concentrations decrease and the product concentration increases. When equilibrium is achieved, the concentrations of reactants and products remain constant.

If the reaction begins with only the products present, the reaction proceeds toward equilibrium in the reverse direction. The product concentration decreases with time and the reactant concentrations increase until the concentrations become constant at equilibrium.

The law of mass action states that the ratio of the concentration of products to the concentration of reactants at equilibrium, raised to their respective stoichiometric coefficients, is equal to a constant, called the equilibrium constant, K or Kc.

Thus, the equilibrium constant expression for the above reaction is written as:

Eq2

where, the subscript ‘c’ indicates that the equilibrium constant considers the molar concentration of reactants and products.

The magnitude of equilibrium constant explicitly reflects the composition of a reaction mixture at equilibrium. A reaction exhibiting a large K will reach equilibrium when most of the reactant has been converted to product, whereas a small K indicates the reaction achieves equilibrium after very little reactant has been converted. It’s important to keep in mind that the magnitude of K does not indicate how rapidly or slowly equilibrium will be reached. Some equilibria are established so quickly as to be nearly instantaneous, and others so slowly that no perceptible change is observed over the course of days, years, or longer. The equilibrium constant for a reaction can be used to predict the behavior of mixtures containing its reactants and/or products. As demonstrated by the sulfur dioxide oxidation process described above, a chemical reaction will proceed in whatever direction is necessary to achieve equilibrium.

Coupled Equilibria

Many equilibrium systems involve two or more coupled equilibrium reactions, those which have in common one or more reactant or product species. The K value for a system involving coupled equilibria can be related to the K values of the individual reactions. Three basic manipulations are involved in this approach, as described below:

• Changing the direction of a chemical equation essentially swaps the identities of “reactants” and “products,” and so the equilibrium constant for the reversed equation is simply the reciprocal of that for the forward equation.

• Changing the stoichiometric coefficients in an equation by some factor x results in an exponential change in the equilibrium constant by that same factor.

• Adding two or more equilibrium equations together yields an overall equation whose equilibrium constant is the mathematical product of the individual reaction’s K values.

Equilibrium Constant expression for heterogeneous equilibria

For heterogeneous equilibria, involving reactants and products in two or more different phases, the concentrations of pure solids or pure liquids are not included in the equilibrium constant expression, as illustrated by the following example:

Eq3

This is because the relative concentrations for pure liquids and pure solids remain constant during the reaction.

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