Av Lee Johnson • Uppdaterad 24 mars 2022
Kemisk jämvikt beskriver det stabila tillståndet av en reversibel reaktion där reaktanter omvandlas till produkter och vice versa med lika hastigheter. I praktiken kvantifierar kemister denna balans med hjälp av jämviktskonstanten, Kp , som kopplar samman partialtrycken för de inblandade gaserna.
För en generisk gasfasreaktion:
\(aA(g)+bB(g)\rightleftharpoons cC(g)+dD(g)\)
jämviktskonstanten definieras som:
\(K_p =\frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b}\)
När alla stökiometriska koefficienter är lika med en, förenklas uttrycket till "produkter över reaktanter." Detta formulär är endast giltigt vid jämvikt.
Ibland ser du jämviktskonstanten uttryckt i termer av molära koncentrationer, Kc , relaterat till Kp av:
\(K_p =K_c (RT)^{\Delta n}\)
där Δn är förändringen i antalet gasmol mellan produkter och reaktanter.
Nyckelsteget är att introducera variabeln x , som representerar förändringen i tryck från initialvärdet till jämvikt. Antag att det initiala trycket för varje reaktant är P_i och produkterna startar vid nolltryck. Sedan kan varje jämviktstryck uttryckas i termer av x .
Med alla koefficienter inställda på en, Kp uttryck blir:
\(\begin{aligned}K_p &=\frac{x^2}{(P_i - x)^2}\end{aligned}\)
Löser för x ger:
\(x =\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}}\)
Jämviktspartialtrycket för en reaktant är P_i - x , medan den för en produkt helt enkelt är x .
Tänk på reaktionen:
\(\text{CH}_3\text{OH(g)} + \text{HCl(g)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{Cl(g)} + \text{H}_2\text{O(g)}\)
Med Kp =5{}900 och ett initialt tryck P_i =0,75 atm för varje reaktant, beräkna x :
\(\begin{aligned} x &=\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}} \\ &=\frac{\sqrt{5900}\times 0.75\;\text{atm}}{1 + \sqrt{5900}} \\ &\sqrt{5900}} 0,74\;\text{atm}\end{aligned}\)
Sålunda är jämviktstrycket för varje produkt cirka 0,74 atm, och det för varje reaktant är 0,75 - 0,74 =0,01 atm.
Genom att följa detta systematiska tillvägagångssätt kan du exakt bestämma jämviktstrycken för alla gasfasreaktioner.
