Pertimbangkan reaksi kimia reversibel dari bentuk umum, di mana semua zat berada dalam keadaan agregasi yang sama, misalnya, cair:

aA + bB D cC + d D,

di mana A dan B adalah bahan awal dari reaksi langsung; C dan D adalah produk reaksi langsung; a, b, c, dan d- koefisien stoikiometri.

Pada saat awal, ketika konsentrasi zat A dan B paling tinggi, laju reaksi langsung juga akan paling tinggi dan, menurut hukum aksi massa, sama dengan

u pr \u003d k 1 C A a C B di (6.1)

di mana k1 adalah konstanta laju reaksi langsung.

Seiring waktu, konsentrasi zat A dan B menurun, dan, akibatnya, laju reaksi langsung juga menurun.

Pada saat awal, konsentrasi zat C dan D sama dengan nol, dan, akibatnya, laju reaksi balik sama dengan nol, seiring waktu, konsentrasi zat C dan D meningkat, dan, akibatnya, laju reaksi balik juga meningkat dan itu akan sama dengan

kamu arr \u003d k 2 C C dengan C D d (6.2)

di mana k2 adalah konstanta laju reaksi balik.

Pada saat mencapai keseimbangan, konsentrasi mengambil nilai keseimbangan, dan kecepatannya sama satu sama lain u pr \u003d u arr, oleh karena itu

k 1 C A a C B c = k 2 C C c C D d (6.3)

Mari kita pindahkan konstanta laju ke satu arah, dan konsentrasi ke arah lain:

Rasio dua konstanta adalah konstan, dan itu disebut konstanta kesetimbangan kimia:

Konstanta kesetimbangan menunjukkan berapa kali laju reaksi maju lebih besar atau lebih kecil dari laju reaksi balik.

konstanta keseimbangan adalah rasio produk dari konsentrasi kesetimbangan produk reaksi, yang diambil dengan pangkat koefisien stoikiometrinya, dengan produk dari konsentrasi kesetimbangan bahan awal, yang diambil dari pangkat koefisien stoikiometrinya.

Nilai konstanta kesetimbangan tergantung pada sifat zat yang bereaksi dan suhu, dan tidak bergantung pada konsentrasi pada saat kesetimbangan, karena rasio mereka selalu merupakan nilai konstan, secara numerik sama dengan konstanta kesetimbangan. Jika reaksi homogen terjadi antara zat dalam larutan, maka konstanta kesetimbangan dilambangkan dengan K C, dan jika antara gas, maka K P.

di mana , D , dan adalah tekanan kesetimbangan peserta reaksi.

Menggunakan persamaan Clapeyron-Mendeleev, Anda dapat menentukan hubungan antara K P dan K C

Pindahkan volume ke sisi kanan

p = RT, yaitu p = CRT (6,9)

Kami mengganti persamaan (6.9) menjadi (6.7), untuk setiap reagen dan menyederhanakan

di mana Dn adalah perubahan jumlah mol peserta gas dalam reaksi

Dn = (s + d) - (a + c) (6.11)

Karena itu,

K P \u003d K C (RT) D n (6.12)

Dari persamaan (6.12) dapat diketahui bahwa K P = K C, jika jumlah mol gas peserta reaksi tidak berubah (Dn = 0) atau tidak ada gas dalam sistem.

Perlu dicatat bahwa dalam kasus proses heterogen, konsentrasi fase padat atau cair dalam sistem tidak diperhitungkan.

Misalnya, konstanta kesetimbangan untuk reaksi bentuk 2A + 3B \u003d C + 4D, asalkan semua zat adalah gas dan berbentuk

dan jika D padat, maka

Konstanta kesetimbangan sangat penting secara teoritis dan praktis. Nilai numerik dari konstanta kesetimbangan memungkinkan untuk menilai kemungkinan praktis dan kedalaman reaksi kimia.

Jika K > 1, kemudian reaksi ini berlanjut dengan hasil produk reaksi yang signifikan; jika K > 10 4 , maka reaksinya irreversible; jika K< 1, то такая реакция нетехнологична; если K < 10 -4 , то такая реакция невозможна.

Mengetahui konstanta kesetimbangan, seseorang dapat menentukan komposisi campuran reaksi pada saat kesetimbangan dan menghitung konstanta hasil produk reaksi. Konstanta kesetimbangan dapat ditentukan dengan menggunakan metode eksperimental, dengan menganalisis komposisi kuantitatif campuran reaksi pada saat kesetimbangan, atau dengan menerapkan perhitungan teoritis. Untuk banyak reaksi dalam kondisi standar, konstanta kesetimbangan adalah nilai tabular.

6.3. Faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan kimia. Prinsip Le Chatelier

Di bawah aksi eksternal pada sistem, kesetimbangan kimia bergeser, yaitu, konsentrasi kesetimbangan zat awal dan produk reaksi berubah. Jika, sebagai akibat dari pengaruh eksternal, konsentrasi kesetimbangan produk reaksi meningkat, maka mereka berbicara tentang pergeseran kesetimbangan ke kanan (ke arah reaksi langsung). Jika, karena pengaruh eksternal, konsentrasi kesetimbangan zat awal meningkat, maka mereka berbicara tentang pergeseran kesetimbangan ke kiri (ke arah reaksi sebaliknya).

Pengaruh berbagai faktor pada pergeseran kesetimbangan kimia mencerminkan Prinsip Le Chatelier (1884): jika sistem dalam kesetimbangan kimia yang stabil ditindaklanjuti dari luar dengan mengubah suhu, tekanan atau konsentrasi, maka kesetimbangan kimia bergeser ke arah di mana efek dari efek yang dihasilkan berkurang.

Perlu dicatat bahwa katalis tidak menggeser kesetimbangan kimia, tetapi hanya mempercepat permulaannya.

Pertimbangkan pengaruh masing-masing faktor pada pergeseran kesetimbangan kimia untuk reaksi umum:

aA + bB = cC + d D±Q.

Pengaruh perubahan konsentrasi. Menurut prinsip Le Chatelier, peningkatan konsentrasi salah satu komponen reaksi kimia kesetimbangan menyebabkan pergeseran kesetimbangan ke arah peningkatan reaksi di mana pemrosesan kimia komponen ini terjadi. Sebaliknya, penurunan konsentrasi salah satu komponen menyebabkan pergeseran kesetimbangan menuju pembentukan komponen ini.

Jadi, peningkatan konsentrasi zat A atau B menggeser kesetimbangan ke arah depan; peningkatan konsentrasi zat C atau D menggeser kesetimbangan ke arah yang berlawanan; penurunan konsentrasi A atau B menggeser kesetimbangan ke arah yang berlawanan; penurunan konsentrasi zat C atau D menggeser kesetimbangan ke arah depan. (Secara skema, Anda dapat menulis: -C A atau C B ®; -C C atau C D ; C A atau C B ; C C atau CD ®).

Efek suhu. Aturan umum yang menentukan pengaruh suhu pada kesetimbangan memiliki rumusan sebagai berikut: peningkatan suhu berkontribusi pada pergeseran kesetimbangan menuju reaksi endotermik (- Q); penurunan suhu berkontribusi pada pergeseran kesetimbangan menuju reaksi eksotermik (+ Q).

Reaksi yang berlangsung tanpa efek termal tidak menggeser kesetimbangan kimia dengan perubahan suhu. Peningkatan suhu dalam hal ini hanya mengarah pada pembentukan kesetimbangan yang lebih cepat, yang akan dicapai dalam sistem yang diberikan bahkan tanpa pemanasan, tetapi dalam waktu yang lebih lama.

Jadi, dalam reaksi eksotermik (+ Q), peningkatan suhu menyebabkan pergeseran kesetimbangan ke arah yang berlawanan dan, sebaliknya, dalam reaksi endotermik (- Q), peningkatan suhu menyebabkan pergeseran ke depan. arah, dan penurunan suhu dalam arah yang berlawanan. (Secara skema, Anda dapat menulis: di +Q -T ; T ®; di -Q -T ®; T ).

Pengaruh tekanan. Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, tekanan memiliki efek nyata pada perpindahan hanya reaksi kesetimbangan di mana zat gas berpartisipasi, dan dalam hal ini, perubahan jumlah mol peserta gas dalam reaksi (Dn) tidak sama dengan nol. Dengan peningkatan tekanan, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi yang disertai dengan pembentukan sejumlah kecil mol zat gas, dan dengan penurunan tekanan - menuju pembentukan jumlah mol zat gas yang lebih besar.

Jadi, jika Dn = 0, maka tekanan tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan kimia; jika Dn< 0, то увеличение давления смещает равновесие в прямом направлении, уменьшение давления в сторону обратной реакции; если Dn >0, maka peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan ke arah yang berlawanan, dan penurunan tekanan - ke arah reaksi langsung. (Secara skema dapat ditulis: pada Dn = 0 P tidak berpengaruh; pada Dn 0 -P , P ®). Prinsip Le Chatelier dapat diterapkan baik pada sistem homogen maupun sistem heterogen dan memberikan karakteristik kualitatif dari pergeseran kesetimbangan.

Sifat kuantitatif yang menunjukkan arah reaksi dan perubahan konsentrasi zat disebut tetapan kesetimbangan reaksi kimia. Konstanta kesetimbangan tergantung pada suhu dan sifat reaktan.

Reaksi reversibel dan ireversibel

Semua reaksi dapat dibagi menjadi dua jenis:

• reversibel, secara bersamaan mengalir dalam dua arah yang saling berlawanan;
• ireversibel mengalir dalam arah yang sama dengan konsumsi total setidaknya satu zat awal.

Dalam reaksi ireversibel, zat yang tidak larut biasanya terbentuk dalam bentuk endapan atau gas. Reaksi-reaksi ini meliputi:

• pembakaran:

  C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + H 2 O;

• penguraian:

  2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + H 2 O;

• hubungan dengan pembentukan endapan atau gas:

  BaCl 2 + Na 2 SO 4 → BaSO 4 + 2NaCl.

Beras. 1. Pengendapan BaSO 4 .

Reaksi reversibel hanya mungkin terjadi dalam kondisi konstan tertentu. Zat asli memberikan zat baru, yang segera terurai menjadi bagian-bagian penyusunnya dan dikumpulkan kembali. Sebagai contoh, sebagai hasil dari reaksi 2NO + O 2 2NO 2 oksida nitrat (IV) mudah terurai menjadi oksida nitrat (II) dan oksigen.

Keseimbangan

Setelah waktu tertentu, laju reaksi reversibel melambat. Kesetimbangan kimia tercapai - keadaan di mana tidak ada perubahan dalam konsentrasi zat awal dan produk reaksi dari waktu ke waktu, karena laju reaksi maju dan mundur sama. Kesetimbangan hanya mungkin terjadi dalam sistem homogen, yaitu, semua zat yang bereaksi adalah cairan atau gas.

Perhatikan kesetimbangan kimia pada contoh reaksi interaksi hidrogen dengan yodium:

• reaksi langsung -

  H2 + I2 2HI;

• reaksi balik -

  2HI H2 + I2 .

Segera setelah dua reagen - hidrogen dan yodium - dicampur - hidrogen yodium belum ada, karena zat sederhana hanya bereaksi. Sejumlah besar zat awal bereaksi aktif satu sama lain, sehingga laju reaksi langsung akan maksimum. Dalam hal ini, reaksi sebaliknya tidak berlangsung, dan lajunya nol.

Laju reaksi langsung dapat dinyatakan secara grafis:

pr = k pr ,

di mana k pr adalah konstanta laju reaksi langsung.

Seiring waktu, reagen dikonsumsi, konsentrasinya berkurang. Dengan demikian, laju reaksi maju berkurang. Pada saat yang sama, konsentrasi zat baru, hidrogen iodida, meningkat. Ketika terakumulasi, ia mulai terurai, dan laju reaksi balik meningkat. Dapat dinyatakan sebagai

arr = k arr 2 .

Hidrogen iodida dikuadratkan, karena koefisien molekulnya adalah dua.

Pada titik tertentu, laju reaksi maju dan reaksi balik sama. Ada keadaan kesetimbangan kimia.

Beras. 2. Grafik laju reaksi terhadap waktu.

Kesetimbangan dapat digeser ke arah bahan awal atau ke arah produk reaksi. Perpindahan di bawah pengaruh faktor eksternal disebut prinsip Le Chatelier. Kesetimbangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan, konsentrasi salah satu zat.

Perhitungan konstan

Dalam keadaan setimbang, kedua reaksi berlangsung, tetapi pada saat yang sama, konsentrasi zat berada dalam keseimbangan (konsentrasi keseimbangan terbentuk), karena lajunya seimbang (ν pr \u003d arr).

Kesetimbangan kimia dicirikan oleh konstanta kesetimbangan kimia, yang dinyatakan dengan rumus ringkasan:

K p \u003d k pr / k arr \u003d const.

Konstanta laju reaksi dapat dinyatakan dalam rasio laju reaksi. Mari kita ambil persamaan kondisional dari reaksi balik:

aA + bB cC + dD.

Maka laju reaksi maju dan reaksi balik akan sama:

• inc = k inc [A] p a [B] p b
• arr = k arr [C] p c [D] p d .

Dengan demikian, jika

pr \u003d arr,

k ex [A] p a [B] p b = k arr [C] p c [D] p d .

Dari sini kita dapat menyatakan rasio konstanta:

k arr / k inc = [C] p c [D] p d / [A] p a [B] p b .

Rasio ini sama dengan konstanta kesetimbangan:

K p = [C] p c [D] p d / [A] p a [B] p b .

Beras. 3. Rumus konstanta kesetimbangan.

Nilai tersebut menunjukkan berapa kali laju reaksi maju lebih besar daripada laju reaksi balik.

Apa yang telah kita pelajari?

Reaksi tergantung pada produk akhir diklasifikasikan menjadi reversibel dan ireversibel. Reaksi reversibel berlangsung di kedua arah: bahan awal membentuk produk akhir, yang terurai menjadi bahan awal. Selama reaksi, laju reaksi maju dan reaksi balik seimbang. Keadaan ini disebut kesetimbangan kimia. Ini dapat dinyatakan sebagai rasio produk dari konsentrasi kesetimbangan produk reaksi dengan produk dari konsentrasi kesetimbangan bahan awal.

kuis topik

Evaluasi Laporan

Penilaian rata-rata: 4.8. Total peringkat yang diterima: 193.

Pada tahun 1885, fisikawan dan kimiawan Prancis Le Chatelier disimpulkan, dan pada tahun 1887 oleh fisikawan Jerman Braun, hukum kesetimbangan kimia dan konstanta kesetimbangan kimia dibuktikan, dan ketergantungannya pada pengaruh berbagai faktor eksternal dipelajari.

Inti dari kesetimbangan kimia

Kesetimbangan adalah keadaan yang berarti segala sesuatu selalu bergerak. Produk didekomposisi menjadi reagen, dan reagen digabungkan menjadi produk. Segala sesuatunya bergerak, tetapi konsentrasinya tetap sama. Reaksi ditulis dengan panah ganda sebagai ganti tanda sama dengan untuk menunjukkan bahwa reaksi dapat dibalik.

Pola klasik

Kembali pada abad terakhir, ahli kimia menemukan pola tertentu yang memberikan kemungkinan untuk mengubah arah reaksi dalam wadah yang sama. Mengetahui bagaimana reaksi kimia bekerja sangat penting untuk penelitian laboratorium dan produksi industri. Pada saat yang sama, kemampuan untuk mengendalikan semua fenomena ini sangat penting. Sudah menjadi sifat manusia untuk campur tangan dalam banyak proses alam, terutama yang reversibel, untuk kemudian menggunakannya untuk keuntungan mereka sendiri. Dari pengetahuan tentang reaksi kimia akan lebih berguna jika Anda fasih dalam tuas mengendalikannya.

Hukum aksi massa dalam kimia digunakan oleh ahli kimia untuk menghitung laju reaksi dengan benar. Ini memberikan gagasan yang jelas bahwa tidak ada yang akan selesai jika itu terjadi dalam sistem tertutup. Molekul-molekul zat yang dihasilkan berada dalam gerakan konstan dan acak, dan reaksi sebaliknya dapat segera terjadi di mana molekul-molekul bahan awal akan dipulihkan.

Dalam industri, sistem terbuka paling sering digunakan. Bejana, peralatan, dan wadah lain tempat berlangsungnya reaksi kimia tetap tidak terkunci. Ini diperlukan agar selama proses ini dimungkinkan untuk mengekstrak produk yang diinginkan dan menyingkirkan produk reaksi yang tidak berguna. Misalnya, batu bara dibakar di tungku terbuka, semen diproduksi di tungku terbuka, tungku sembur beroperasi dengan pasokan udara yang konstan, dan amonia disintesis dengan membuang amonia itu sendiri secara terus-menerus.

Reaksi kimia reversibel dan ireversibel

Berdasarkan namanya, seseorang dapat memberikan definisi yang tepat: reaksi ireversibel adalah reaksi yang diakhiri, tidak mengubah arahnya dan berjalan di sepanjang lintasan tertentu, terlepas dari penurunan tekanan dan fluktuasi suhu. Fitur yang membedakan mereka adalah bahwa beberapa produk dapat meninggalkan bidang reaksi. Jadi, misalnya, dimungkinkan untuk memperoleh gas (CaCO 3 \u003d CaO + CO 2), endapan (Cu (NO 3) 2 + H 2 S \u003d CuS + 2HNO 3) atau lainnya juga akan dianggap ireversibel jika sejumlah besar dilepaskan selama proses energi panas, misalnya: 4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5 + Q.

Hampir semua reaksi yang terjadi di alam bersifat reversibel. Terlepas dari kondisi eksternal seperti tekanan dan suhu, hampir semua proses dapat berjalan secara simultan dalam arah yang berbeda. Seperti yang dikatakan oleh hukum aksi massa dalam kimia, jumlah panas yang diserap akan sama dengan jumlah yang dilepaskan, yang berarti bahwa jika satu reaksi eksotermik, maka reaksi kedua (terbalik) akan endotermik.

Kesetimbangan kimia: konstanta kesetimbangan kimia

Reaksi adalah "kata kerja" kimia - aktivitas yang dipelajari ahli kimia. Banyak reaksi selesai dan kemudian berhenti, yang berarti bahwa reaktan sepenuhnya diubah menjadi produk tanpa dapat kembali ke keadaan semula. Dalam beberapa kasus, reaksi memang ireversibel, misalnya, ketika pembakaran berubah baik fisik maupun kimia.Namun, ada banyak keadaan lain di mana tidak hanya mungkin, tetapi juga terus menerus, karena produk dari reaksi pertama menjadi reaktan dalam kedua.

Keadaan dinamis di mana konsentrasi reaktan dan produk tetap konstan disebut kesetimbangan. Dimungkinkan untuk memprediksi perilaku zat dengan bantuan hukum tertentu yang diterapkan dalam industri yang berusaha mengurangi biaya produksi bahan kimia tertentu. Konsep kesetimbangan kimia juga berguna dalam memahami proses yang memelihara atau berpotensi mengancam kesehatan manusia. Konstanta kesetimbangan kimia adalah nilai faktor reaksi yang bergantung pada kekuatan ion dan suhu dan tidak bergantung pada konsentrasi reaktan dan produk dalam larutan.

Perhitungan konstanta kesetimbangan

Nilai ini tidak berdimensi, yaitu tidak memiliki jumlah satuan tertentu. Meskipun perhitungan biasanya ditulis untuk dua reaktan dan dua produk, perhitungan ini bekerja untuk sejumlah peserta reaksi. Perhitungan dan interpretasi konstanta kesetimbangan tergantung pada apakah reaksi kimia dikaitkan dengan kesetimbangan homogen atau heterogen. Ini berarti bahwa semua komponen yang bereaksi dapat berupa cairan atau gas murni. Untuk reaksi yang mencapai kesetimbangan heterogen, sebagai aturan, tidak ada satu fase, tetapi setidaknya dua. Misalnya, cairan dan gas atau dan cairan.

Nilai konstanta kesetimbangan

Untuk setiap suhu tertentu, hanya ada satu nilai untuk konstanta kesetimbangan, yang hanya berubah jika suhu di mana reaksi terjadi berubah dalam satu arah atau lainnya. Beberapa prediksi tentang reaksi kimia dapat dibuat berdasarkan apakah konstanta kesetimbangan besar atau kecil. Jika nilainya sangat besar, maka kesetimbangan mendukung reaksi ke kanan dan lebih banyak produk yang diperoleh daripada reaktan. Reaksi dalam hal ini dapat disebut "total" atau "kuantitatif".

Jika nilai konstanta kesetimbangan kecil, maka ia menyukai reaksi ke kiri, di mana jumlah reaktan lebih besar daripada jumlah produk yang terbentuk. Jika nilai ini cenderung nol, kita dapat mengasumsikan bahwa reaksi tidak terjadi. Jika nilai konstanta kesetimbangan untuk reaksi langsung dan reaksi balik hampir sama, maka jumlah reaktan dan produk juga akan hampir sama. Jenis reaksi ini dianggap reversibel.

Pertimbangkan reaksi reversibel spesifik

Ambil dua elemen kimia seperti yodium dan hidrogen, yang, ketika dicampur, memberikan zat baru - hidrogen iodida.

Untuk v 1 kita ambil laju reaksi langsung, untuk v 2 - laju reaksi balik, k - konstanta kesetimbangan. Menggunakan hukum aksi massa, kita memperoleh ekspresi berikut:

v 1 \u003d k 1 * c (H 2) * c (I 2),

v 2 = k 2 * c 2 (HI).

Saat mencampur molekul yodium (I 2) dan hidrogen (H 2), interaksi mereka dimulai. Pada tahap awal, konsentrasi unsur-unsur ini maksimum, tetapi pada akhir reaksi, konsentrasi senyawa baru, hidrogen iodida (HI), akan maksimum. Dengan demikian, laju reaksi juga akan berbeda. Di awal, mereka akan maksimal. Seiring waktu, ada saatnya nilai-nilai ini sama, dan ini adalah keadaan yang disebut kesetimbangan kimia.

Ekspresi konstanta kesetimbangan kimia, sebagai suatu peraturan, dilambangkan dengan tanda kurung siku: , , . Karena pada kesetimbangan kecepatannya sama, maka:

k 1 \u003d k 2 2,

sehingga kita mendapatkan persamaan konstanta kesetimbangan kimia:

k 1 /k 2 = 2 / = K.

Prinsip Le Chatelier-Brown

Ada keteraturan berikut: jika efek tertentu dibuat pada sistem yang berada dalam kesetimbangan (mengubah kondisi kesetimbangan kimia dengan mengubah suhu atau tekanan, misalnya), maka keseimbangan akan bergeser untuk melawan sebagian efek dari mengubah. Selain kimia, prinsip ini juga berlaku dalam bentuk yang sedikit berbeda pada bidang farmakologi dan ekonomi.

Konstanta kesetimbangan kimia dan cara ekspresinya

Ekspresi kesetimbangan dapat dinyatakan dalam konsentrasi produk dan reaktan. Hanya bahan kimia dalam fase air dan gas yang termasuk dalam rumus kesetimbangan karena konsentrasi cairan dan padatan tidak berubah. Faktor apa saja yang mempengaruhi kesetimbangan kimia? Jika cairan atau padatan murni terlibat di dalamnya, dianggap memiliki K \u003d 1, dan karenanya tidak lagi diperhitungkan, dengan pengecualian larutan yang sangat pekat. Misalnya, air murni memiliki aktivitas 1.

Contoh lain adalah karbon padat, yang dapat dibentuk oleh reaksi dua molekul karbon monoksida untuk membentuk karbon dioksida dan karbon. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi keseimbangan antara lain penambahan reaktan atau produk (perubahan konsentrasi mempengaruhi keseimbangan). Penambahan reaktan dapat membawa kesetimbangan ke kanan dalam persamaan kimia, di mana lebih banyak bentuk produk muncul. Penambahan produk dapat membawa kesetimbangan ke kiri karena lebih banyak bentuk reaktan tersedia.

Kesetimbangan terjadi ketika reaksi berjalan di kedua arah memiliki rasio konstan produk dan reaktan. Secara umum, kesetimbangan kimia adalah statis, karena rasio kuantitatif produk dan reaktan adalah konstan. Namun, pengamatan lebih dekat mengungkapkan bahwa kesetimbangan sebenarnya adalah proses yang sangat dinamis, karena reaksi bergerak ke dua arah dengan laju yang sama.

Kesetimbangan dinamis adalah contoh fungsi keadaan tunak. Untuk sistem pada kondisi mapan, perilaku yang diamati saat ini berlanjut ke masa depan. Oleh karena itu, setelah reaksi mencapai kesetimbangan, rasio produk terhadap konsentrasi reaktan akan tetap sama meskipun reaksi berlanjut.

Seberapa mudah untuk membicarakan hal-hal yang rumit?

Konsep-konsep seperti kesetimbangan kimia dan konstanta kesetimbangan kimia cukup sulit untuk dipahami. Mari kita ambil contoh dari kehidupan. Pernahkah Anda terjebak di jembatan antara dua kota dan memperhatikan bahwa lalu lintas di arah lain lancar dan terukur saat Anda terjebak macet tanpa harapan? Ini tidak bagus.

Bagaimana jika mobil diukur dan dengan kecepatan yang sama bergerak di kedua sisi? Akankah jumlah mobil di kedua kota tetap konstan? Ketika kecepatan masuk dan keluar kedua kota sama, dan jumlah mobil di setiap kota stabil dari waktu ke waktu, ini berarti seluruh proses berada dalam keseimbangan dinamis.

konstan (dari lat. constans, genus n. constantis - konstan, tidak berubah), - objek seperti itu dalam teori tertentu, yang artinya dalam teori ini (atau, kadang-kadang, pertimbangan yang lebih sempit) selalu dianggap sama. K. menentang benda-benda tersebut, yang nilainya berubah (dengan sendirinya atau tergantung pada perubahan nilai benda lain). Kehadiran K. dalam ungkapan banyak. hukum alam dan masyarakat mencerminkan hubungan. kekekalan aspek-aspek tertentu dari realitas, dimanifestasikan dalam kehadiran pola. Variasi penting K. adalah K., terkait dengan jumlah fisik. besaran, seperti panjang, waktu, gaya, massa (misalnya, massa diam elektron), atau besaran yang lebih kompleks yang dinyatakan secara numerik dalam rasio antara K ini atau pangkatnya, seperti volume, kecepatan, usaha, dll. (misalnya, percepatan gravitasi di permukaan bumi). Mereka dari K. semacam ini, to-rye dianggap modern. fisika (dalam kerangka teorinya masing-masing) yang relevan dengan seluruh bagian alam semesta yang dapat diamati, disebut. dunia (atau universal) K.; Contoh kuantum tersebut adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, konstanta kuantum Planck (yaitu, nilai yang disebut kuantum aksi), konstanta gravitasi, dan lain-lain. abad ke-20 Pada saat yang sama, beberapa ilmuwan asing (fisikawan dan astronom Inggris A. Eddington, fisikawan Jerman Heisenberg, fisikawan Austria A. March, dll.) mencoba memberi mereka idealis. penafsiran. Jadi, Eddington melihat dalam sistem dunia k. salah satu manifestasi dari swasembada. keberadaan matematika ideal bentuk-bentuk yang mengekspresikan keselarasan alam dan hukum-hukumnya. Faktanya, K. universal tidak mencerminkan swasembada imajiner. menjadi (di luar hal-hal dan kognisi) dari bentuk-bentuk yang ditunjukkan, dan (biasanya dinyatakan secara matematis) keteraturan mendasar dari realitas objektif, khususnya keteraturan yang terkait dengan struktur materi. dialektika yang mendalam. makna mekanika kuantum dunia terungkap dalam kenyataan bahwa beberapa di antaranya (konstanta kuantum Planck, kecepatan cahaya dalam ruang hampa) adalah sejenis skala yang membatasi berbagai kelas proses yang berlangsung dengan cara yang berbeda secara fundamental; pada saat yang sama, K tersebut menunjukkan adanya tertentu. hubungan antara fenomena kelas-kelas ini. Jadi, hubungan antara hukum-hukum klasik. dan mekanika relativistik (lihat teori Relativitas) dapat ditetapkan dari pertimbangan transisi yang membatasi persamaan gerak mekanika relativistik ke persamaan gerak klasik. mekanika, yang dikaitkan dengan idealisasi, yang terdiri dari penolakan gagasan kecepatan cahaya dalam ruang hampa sebagai K yang terbatas. dan dalam memahami kecepatan cahaya sebagai besar tak terhingga; dengan idealisasi lain, yang terdiri dalam mempertimbangkan kuantum aksi sebagai kuantitas yang sangat kecil, persamaan gerak teori kuantum masuk ke persamaan gerak klasik. mekanik, dll. Selain K. yang paling penting ini, ditentukan murni secara fisik dan muncul dalam perumusan banyak fundamental. hukum alam banyak digunakan di tempat yang sama dan semacam itu, didefinisikan secara matematis murni, K., sebagai angka 0; satu; ? (perbandingan keliling dengan diameter); e (basis logaritma natural); Konstanta Euler, dan lain-lain.Tidak jarang digunakan juga K., yang merupakan hasil matematika terkenal. operasi pada K yang ditentukan. Tetapi semakin sulit untuk mengekspresikan K yang sering digunakan melalui K yang lebih sederhana didefinisikan (atau K paling sederhana seperti 0 dan 1) dan operasi yang diketahui, semakin independen partisipasinya dalam perumusan hukum dan hubungan itu, di to-rykh itu terjadi, semakin sering khusus diperkenalkan untuk itu. peruntukannya, menghitung atau mengukurnya seakurat mungkin. Beberapa besaran muncul secara sporadis dan merupakan K. hanya dalam kerangka pertimbangan masalah tertentu, dan bahkan mungkin bergantung pada pilihan kondisi (nilai parameter) masalah, menjadi K. hanya ketika kondisi ini diperbaiki. K. semacam itu sering dilambangkan dengan huruf C atau K (tanpa menghubungkan penunjukan ini sekali dan untuk semua dengan K yang sama) atau mereka hanya menulis bahwa nilai ini dan itu \u003d const. A. Kuznetsov, I. Lyakhov. Moskow. Dalam kasus di mana fungsi memainkan peran objek yang dipertimbangkan dalam matematika atau logika, K. disebut seperti itu, yang nilainya tidak tergantung pada nilai argumen fungsi ini. Misalnya, K. adalah selisih x–x sebagai fungsi dari x, karena untuk semua nilai (numerik) variabel x, nilai fungsi x–x sama dengan angka 0. untuk semua nilai yang mungkin dari argumennya A, ia memiliki (dalam kerangka aljabar logika klasik yang biasa) nilai yang sama 1 (yang ditandai dengan nilai logis "benar" yang diidentifikasi secara kondisional dengannya). Contoh K. yang lebih kompleks dari aljabar logika adalah fungsi (AB? BA). Dalam beberapa kasus, fungsi yang nilainya konstan diidentifikasi dengan nilai ini sendiri. Dalam hal ini, nilai fungsi sudah muncul sebagai K. (lebih tepatnya, sebagai fungsi yang merupakan K.). Argumen untuk fungsi ini dapat berupa variabel literal yang dipilih (misalnya, A, B, x, y, dll.), karena lagi pula, itu tidak tergantung pada mereka. Dalam kasus lain, identifikasi fungsi seperti itu, yang merupakan kunci, tidak dibuat dengan nilainya, mis. membedakan antara dua K tersebut, salah satunya memiliki variabel di antara argumennya, yang lainnya tidak. Ini memungkinkan, misalnya, untuk mendefinisikan fungsi sebagai tabelnya, dan juga menyederhanakan skema. definisi operasi tertentu pada fungsi. Selain konstanta-konstanta tersebut, yang nilainya berupa bilangan (kemungkinan diberi nama) atau dicirikan oleh bilangan, terdapat pula konstanta-konstanta lain, misalnya dalam teori himpunan konstanta yang penting adalah deret natural N; himpunan semua bilangan bulat adalah non-negatif. angka. Nilai fungsi, yaitu K., juga dapat berupa objek apa pun. Misalnya, dengan mempertimbangkan fungsi dari variabel A yang nilainya merupakan himpunan bagian dari deret alami, seseorang dapat menentukan salah satu fungsi ini yang nilainya untuk semua nilai variabel A adalah himpunan semua bilangan prima. Selain fisik kuantitas dan fungsi dalam peran objek tersebut, beberapa di antaranya ternyata menjadi K., sering (terutama dalam logika dan semantik) mempertimbangkan tanda dan kombinasinya: kata, kalimat, istilah, formula, dll., Dan sebagai makna dari mereka, yang maknanya tidak disebutkan secara spesifik, makna semantiknya (jika ada). Pada saat yang sama, K baru terungkap. Jadi, dalam aritmatika. ekspresi (istilah) 2 + 3–2 K. tidak hanya angka 2 dan 3 dan hasil operasinya, tetapi juga tanda + dan -, yang nilainya adalah operasi penjumlahan dan pengurangan. Tanda-tanda ini, menjadi K. dalam teori pertimbangan aritmatika dan aljabar sekolah biasa berhenti menjadi K. ketika kita memasuki wilayah modern yang lebih luas. aljabar atau logika, di mana tanda + dalam beberapa kasus memiliki arti operasi penambahan angka biasa, dalam kasus lain (misalnya, dalam aljabar logika) - penambahan modulo 2 atau penambahan Boolean, dalam kasus lain - operasi lain . Namun, dengan pertimbangan yang lebih sempit (misalnya, ketika membangun sistem aljabar atau logika tertentu), arti dari tanda-tanda operasi ditetapkan dan tanda-tanda ini, berbeda dengan tanda-tanda variabel, menjadi K. Pemilihan logis. K. memainkan peran khusus ketika diterapkan pada benda-benda dari alam. bahasa. Dalam peran logis K.dalam bahasa Rusia. bahasa tersebut mencakup, misalnya, konjungsi seperti "dan", "atau", dll., kata-kata pengukur seperti "semua", "setiap", "ada", "beberapa", dll., kata kerja penghubung seperti " adalah", "esensi", "adalah", dll., serta frasa yang lebih kompleks seperti "jika ..., maka", "jika dan hanya jika", "hanya ada satu", "yang" , "sehingga", "setara dengan itu", dll. Dengan cara menyoroti logis. K.di alam. Bahasa adalah pengakuan kesamaan peran mereka dalam sejumlah besar kasus inferensi atau penalaran lain, yang memungkinkan untuk menggabungkan kasus-kasus ini menjadi satu atau beberapa skema tunggal (aturan logis), di mana objek yang berbeda dari yang dibedakan oleh K. digantikan oleh variabel yang sesuai. Semakin kecil jumlah skema yang berhasil mencakup semua kasus penalaran yang dipertimbangkan, semakin sederhana skema itu sendiri, dan semakin kita dijamin terhadap kemungkinan penalaran yang salah pada mereka, semakin dibenarkan adalah pilihan yang logis. muncul dalam skema ini. KE. A. Kuznetsov. Moskow. Lit.: Eddington?., Ruang, waktu dan gravitasi, trans. dari bahasa Inggris, O., 1923; Jeans, D., Alam semesta di sekitar kita, trans. dari bahasa Inggris, L.–M., 1932; Lahir M., nomor Misterius 137, di Sat.: Uspekhi nat. Sciences, vol.16, no. 6, 1936; Heisenberg W., Philos. masalah fisika atom, M., 1953; miliknya sendiri, Planck's Discovery dan DOS. filsafat pertanyaan tentang doktrin atom, "Masalah Filsafat", 1958, No 11; miliknya sendiri, Fisika dan Filsafat, M., 1963; Duduk. Seni. dengan matematika. logika dan aplikasinya untuk isu-isu tertentu sibernetika, dalam: Tr. matematika. in-ta, t.51, M., 1958; Kuznetsov IV, Apa Werner Heisenberg benar dan apa yang salah, "Masalah Filsafat", 1958, No 11; Uspensky V. ?., Kuliah tentang fungsi yang dapat dihitung, Moskow, 1960; Kay J. dan Laby T., Tabel nat. dan kimia. permanen, per. dari bahasa Inggris, edisi ke-2., M., 1962; Kurosh A. G., Kuliah tentang Aljabar Umum, M., 1962; Svidersky V.I., Tentang dialektika elemen dan struktur di dunia objektif dan dalam kognisi, M., 1962, ch. 3; ?ddington A. St., Jalur baru dalam sains, Camb., 1935; miliknya sendiri, teori Relativitas proton dan elektron, L., 1936; miliknya sendiri, Filsafat ilmu fisika, N. Y.–Camb., 1939; Louis de Broglie, physicien et penseur, P., ; Maret?., Die physikalische Erkenntnis und ihre Grenzen, 2 Aufl., Braunschweig, 1960.

konstanta konsentrasi

Saat menghitung kesetimbangan dalam sistem nyata, perlu untuk memperhitungkan keberadaan zat asing dan pengaruhnya terhadap perilaku zat awal dan produk dari reaksi yang sedang dipelajari. Efek ini dapat diekspresikan baik dalam interaksi elektrostatik ion dan dalam interaksi kimia dengan pembentukan produk yang sedikit terdisosiasi atau kurang larut. Dalam kedua kasus, pergeseran kesetimbangan reaksi yang diteliti diamati. Konstanta konsentrasi dinyatakan dalam konsentrasi total, dan bukan aktivitas bahan awal dan produk reaksi. Dalam kasus ketika zat asing tidak masuk ke dalam reaksi kimia yang bersaing, konstanta konsentrasi dapat dinyatakan dalam konsentrasi kesetimbangan. Untuk memudahkan studi, konstanta konsentrasi yang dinyatakan dalam konsentrasi kesetimbangan sering disebut konstanta nyata, dan konstanta konsentrasi yang dinyatakan dalam konsentrasi total disebut konstanta bersyarat.

Keadaan keseimbangan dicirikan oleh konstanta (konsentrasi) nyata

jika perbedaan dari idealitas hanya disebabkan oleh interaksi elektrostatik A, B, C dan D dengan ion asing.

Aktivitas dan konsentrasi kesetimbangan dari ion apa pun secara fungsional terkait satu sama lain dengan hubungan sederhana. Misalnya, untuk ion A

a A = A [A]

Faktor proporsionalitas γ , yang disebut koefisien aktivitas, mencirikan tingkat deviasi sistem dari ideal karena interaksi elektrostatik ion yang terlibat dalam reaksi yang sedang dipelajari dengan ion asing (atau milik sendiri, jika konsentrasinya tinggi). Dalam sistem yang ideal a A = [A] dan koefisien aktivitas sama dengan satu. Ini berarti bahwa tidak ada interaksi elektrostatik.

Nilai koefisien aktivitas tergantung pada muatan dan kekuatan ion yang diciptakan oleh semua ion dalam larutan:

Di Sini SAYA- kekuatan ionik; [saya] adalah konsentrasi kesetimbangan ion; z saya- biayanya.

Koefisien aktivitas ion individu dapat diperkirakan secara teoritis menggunakan rumus Debye-Hückel

Jika sebuah Saya< 0.01 (1-3)

Jika sebuah Saya< 0.1 (1-4)

Di Sini TETAPI dan PADA - konstanta tergantung pada suhu dan konstanta dielektrik pelarut (untuk air pada 20°С A = 0,5 dan B = 0.3); sebuah - jarak pendekatan maksimum ion; nilai-nilai ini biasanya diberikan dalam tabel referensi. Karena fluktuasi nilai a tidak terlalu mempengaruhi hasil akhir, disarankan untuk mengambil nilai yang konstan a = 3 A. Oleh karena itu,

Koefisien aktivitas ion individu tidak dapat diukur secara eksperimental, karena tidak mungkin untuk mendapatkan larutan yang hanya mengandung ion positif atau hanya negatif.

Untuk elektrolit A m B n, hanya koefisien aktivitas rata-rata yang dapat ditentukan secara eksperimen, yang terkait dengan koefisien aktivitas ion individu A dan B dengan hubungan:

untuk elektrolit biner AB

untuk jenis elektrolit A m B n

Koefisien aktivitas rata-rata juga dapat dihitung secara teoritis menggunakan rumus Debye-Hückel

Jika sebuah Saya< 0.01

Jika sebuah Saya< 0.1

Di Sini a, a dan b memiliki arti yang sama seperti dalam rumus (1-3) dan (1-4), oleh karena itu

Pada kekuatan ion rendah (I< 0.1) величины средних коэффициентов активности, рассчитанные по формулам Дебая - Хюккеля и найденные экспериментально, удовлетворительно совпадают. Это говорит о правомочности использования в этих условиях формул (1-3) - (1-4) для расчета величин γ ± и активности электролитов. Эти же формулы используются и для расчета коэффициентов активности индивидуальных ионов, хотя правильность таких расчетов нельзя проверить экспериментально.

Untuk penghitungan koefisien aktivitas yang lebih akurat, diusulkan untuk memasukkan suku tambahan ke dalam rumus Debye-Hückel. Misalnya, persamaan Davis memungkinkan untuk menghitung koefisien aktivitas elektrolit dan ion individu untuk kekuatan ion 0,2 - 0,5 dengan kesalahan tidak melebihi 10%. Persamaan Davis untuk koefisien aktivitas ion individu memiliki bentuk:

dan untuk koefisien aktivitas rata-rata elektrolit A m B n:

Nilai koefisien aktivitas ion individu pada kekuatan ionik yang berbeda dan koefisien aktivitas rata-rata untuk larutan elektrolit dengan konsentrasi berbeda, dihitung menggunakan rumus Debye-Hückel, diberikan dalam buku referensi.

Mengetahui koefisien aktivitas, seseorang dapat memperkirakan aktivitas ion atau elektrolit dalam larutan. Untuk memudahkan perhitungan, asumsi berikut dapat digunakan:

1. Koefisien aktivitas ion dengan muatan yang sama, terlepas dari jari-jari ion, kira-kira sama. Oleh karena itu, buku referensi terkadang memberikan nilai rata-rata dari koefisien aktivitas untuk ion bermuatan satu, dua, tiga, dan empat.

2. Koefisien aktivitas partikel netral dalam larutan elektrolit encer diasumsikan sama dengan satu.

3. Larutan elektrolit yang sangat encer, seperti larutan jenuh dari elektrolit yang sedikit larut, dapat dianggap ideal.

Seringkali, ketika menghitung kesetimbangan kompleks, koefisien aktivitas diambil sama dengan satu. Asumsi ini dibenarkan karena beberapa alasan. Pertama, nilai koefisien aktivitas yang ditemukan menggunakan rumus Debye-Hückel mungkin dalam kasus ini ternyata sangat jauh dari yang sebenarnya. Kedua, pengaruh faktor kimia pada kesetimbangan jauh lebih besar daripada pengaruh gaya elektrostatik, jadi mengabaikan yang terakhir saat menghitung kesetimbangan kompleks tidak menyebabkan kesalahan nyata pada hasil.