Witam w nowym minicyklu poświęconym różnym, mniej lub bardziej ciekawym, zagadnieniom chemicznym. Postaram się pisać tak, aby teksty były zrozumiałe dla laika, redukując wzory i równania do minimum, a skupiając się raczej na praktycznych konsekwencjach danego tematu. Na pierwszy ogień postanowiłem wyciągnąć zagadnienie, które wpojono nam na pierwszym roku studiów, choć może niektórzy mieli je już w liceum - ja nie.
O co chodzi zatem w równowadze chemicznej? Ano o to, że calutka chemia opiera się na, ha ha, równowadze. Nie istnieje coś takiego, jak "reakcja kompletna" - w każdym środowisku, w którym zachodzi reakcja chemiczna, znajdują się jednocześnie substraty i produkty, nawet po zakończeniu reakcji. W zależności od tego, czy reakcja zachodzi chętnie, czy niechętnie, różne będzie względne stężenie jednych i drugich, a ostateczny wynik reakcji opisuje tzw. stała równowagi.
Stałą równowagi w jej najprostszej i najczęściej używanej formie definiujemy tak:
dla reakcji zachodzącej następująco:
gdzie:
A, B, C, oraz D to odpowiednio substraty i produkty,
w, x, y, z to ich współczynniki stechiometryczne
Stała równowagi K dla danych warunków temperatury i ciśnienia definiowana jest następującym wzorem:
tu:
[A], , [C], [D] to stężenia molowe odpowiednich związków,
w, x, y, z to ponownie współczynniki stechiometryczne
Co to oznacza w praktyce? Przede wszystkim jest udokumentowaniem wspomnianej równowagi chemicznej. Aby równowaga była osiągnięta, w środowisku
muszą być obecne zarówno substraty, jak i produkty, do czego też będzie zawsze dążył nasz układ. Im większa stała, tym większa część substratów przereaguje, zanim osiągniemy równowagę. Dodać więcej substratu? Otrzymamy więcej produktów. Usunąć pewną ilość substratu? Reakcja "cofnie się" tak, aby osiągnąć swoją stałą. Dlatego też przy zapisie reakcji nie stosujemy strzałek jednostronnych, a dwustronne, aby zaznaczyć, że reakcja zawsze może pójść w obie strony.
Bardziej praktyczna konsekwencja jest inna - można łatwo sterować przebiegiem reakcji, jeśli będziemy ingerować w zawartość układu. Wydajność procesu można zwiększyć, zwiększając stężenie jednego z substratów (jeśli można go łatwo oddzielić od pożądanego produktu, tym lepiej). Można też podejść z drugiej strony - usuwając jeden z produktów. Jak? Najprostsza opcja - niech tworzy nierozpuszczalny osad, bądź kompleks. Obie te reakcje również zarządzane są stałą równowagi, zazwyczaj dużo większą, a zatem produkt naszej głównej reakcji będzie zaraz usuwany, powodując dalsze przesuwanie się równowagi w stronę produktów.
A jeśli to nie pomaga? Trzeba pójść inną drogą - spróbować innych substratów, zmienić warunki - stała najczęściej jest podawana dla stanu standardowego, czyli 1 atmosfera i 25 stopni Celsjusza, znaleźć dobry katalizator... A gdy przechodzimy na skalę przemysłową, zaczyna się prawdziwe główkowanie.
Słowniczek:
- współczynnik stechiometryczny - liczba cząstek danej substancji biorąca udział w reakcji
- mol - najczęściej używana i najwygodniejsza miara ilości substancji chemicznych, w przybliżeniu 6,022*10^23 cząstek związku. Czemu jest najwygodniejsza? Bo pozwala bezpośrednio przeliczyć masę atomową substancji na gramy - 1 mol węgla C będzie ważył ok. 12 gram, jeden mol chlorowodoru (HCl) - ok. 36,4 gram, etc.
- stężenie molowe - liczba molów substancji w danej objętości roztworu, według SI liczone w mol/m^3.
---
To tyle, jeśli chodzi o pierwszy odcinek. Mam nadzieję, że jest dostatecznie przejrzysty i interesujący. Jeśli chcielibyście czytać więcej, albo może mniej, czy też chcielibyście przeczytać o czymś konkretnym - piszcie w komentarzach!
- 18
18 komentarzy
Rekomendowane komentarze