If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Tantárgy/kurzus: Kémia > 6. témakör

2. lecke: A kémiai egyensúlyt befolyásoló tényezők
Természettudomány
Kémia
A kémiai egyensúly
A kémiai egyensúlyt befolyásoló tényezők
© 2024 Khan AcademyFelhasználási feltételekAdatkezelési tájékoztatóSüti figyelmeztetés

A Q reakcióhányados

Google Osztályterem
A Q reakcióhányados definíciója. Hogyan alkalmazhatjuk annak eldöntésére, hogy a reakció várhatóan melyik irányba játszódik le?

Mi a Q?

A Q reakcióhányados a reakció termékeinek és reaktánsainak adott pillanatra jellemző relatív mennyiségét fejezi ki.
Az aA+bB⇌cC+dD reverzibilis reakció esetén, ahol a, b, c és d a rendezett egyenlet sztöchiometriai együtthatói, Q-t a következő képlettel számolhatjuk ki:
Q=[C]c[D]d[A]a[B]b
Ez a kifejezés ismerős lehet, hiszen a Q fogalma nagyon közeli kapcsolatban van a K egyensúlyi állandóval. A K-tól eltérően, ami egyensúlyi koncentrációkon alapul, Q kiszámolható akár egyensúlyban van a reakció, akár nem.
Q értéke elárulja, mi van a reakcióedényben. Mit jelent ez pontosan? Induljunk ki a végletekből. Abban az esetben, amikor csak kiindulási anyagok vannak, a termékek koncentrációja [C]=[D]=0. Mivel a számláló nulla, Q=0. Abban az esetben, ha teljesen végbement a reakció, tehát szinte csak termékek vannak, a képlet nevezőjében [A]=[B]≈0, így Q végtelen nagy. Az idő túlnyomó részében a reaktánsok és termékek keveréke van jelen, azonban ne feledd, hogy a nagyon kicsi Q értéknél többnyire reaktánsok, míg a nagyon nagy Q értékeknél többnyire termékek vannak a reakcióedényben.
Egy adott reakció esetén Q és K összehasonlításából megtudjuk, hogy melyik irányba kell a reakciónak lejátszódnia ahhoz, hogy elérje az egyensúlyt. Ez a Le Châtelier-elv másik alkalmazásának tekinthető.

Q alkalmazása annak eldöntésére, hogy a reakció milyen irányban játszódik le

A Le Châtelier-elv alapján tudjuk, hogy ha valamilyen zavaró hatás kibillenti a reakciót az egyensúlyból, akkor az igyekszik visszaállítani azt. Q és K összehasonlításából látjuk, hogy hogyan próbál meg alkalmazkodni — több terméket termel, vagy fogyasztja a terméket, hogy több reagenst állítson elő. Estleg már egyensúlyban van?
Három esetet kell megvizsgálni:
1. Q>K
Emlékezzünk vissza a Q fentebb szereplő képletére. A termékek koncentrációja vagy nyomása szerepel a számlálóban és a reaktánsok koncentrációja vagy nyomása a nevezőben. Abban az esetben, ha Q>K, több termék van, mint amennyi az egyensúlyban lenne. Ezért a reakció megpróbálja a termék feleslegének egy részét felhasználni, és a visszairányuló reakciónak kedvezni, hogy elérje az egyensúlyt.
2. Q<K
Ebben az esetben a termékek és a kiindulási anyagok aránya kisebb, mint az egyensúlyi rendszerben. Más szóval, a kiindulási anyagok koncentrációja nagyobb, mint amennyi az egyensúlyban lenne; úgy is tekinthetjük, hogy a termékek koncentrációja túl kicsi. Annak érdekében, hogy elérje az egyensúlyt, a reakció az odaalakulásnak kedvez, és megpróbálja felhasználni a kiindulási anyag feleslegének egy részét, hogy több termék keletkezzen.
3. Q=K
Hurrá! A reakció már egyensúlyban van. A koncentrációk nem változnak, hiszen az oda- és visszaalakulás sebessége megegyezik.

Q szemléltetése

Tudjuk, hogy Q értéke nullától kezdődően (kizárólag kiindulási anyagok/reaktánsok) végtelen nagyig terjedhet (kizárólag termékek). Azt is tudjuk, hogy a reakció úgy szabályozza a koncentrációkat, hogy egyensúlyba kerüljön, ha még nincs egyensúlyban. Úgy is elképzelhetjük, hogy Q összes lehetséges értékével felvázolunk egy számegyenest:
Hogy egy kicsit leegyszerűsítsük a dolgokat, a számegyenest nagyjából három tartományra oszthatjuk. Ha Q, nagyon kicsi, ~10−3 vagy kevesebb, akkor többnyire reaktánsok vannak jelen. Ha Q közepes, ~10−3 és 103 közötti értékű, akkor jelentős a termékek és a reaktánsok mennyisége is a reakcióedényben. Végül, ha Q nagy, nagyobb, mint ~103, akkor többnyire termékek vannak jelen.
Ha Q-t és K-t is ábrázoljuk a számegyenesen, abból, hogy milyen irányban jutunk el Q-tól K-hoz, kiderül, hogy a reakció hogyan próbál egyensúlyba jutni. Abban az esetben, ha jobbra halad, akkor a reakció a termékképződés irányába tolódik el, és az odaalakulás a kedvező. Ha balra, a nulla irányába halad, akkor a reaktánsképződés irányába tolódik, és a visszaalakulás a kedvezményezett.

Példa

Az alábbi koncentrációk esetén mennyi lesz Q értéke?
Ha K=1,0, ilyen Q értéknél melyik irányú folyamat a kedvezményezett?
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)
[CO(g)]=[H2O(g)]=1,0M
[CO2(g)]=[H2(g)]=15M
Q-t úgy számíthatjuk ki, hogy felírjuk a rendezett egyenlet alapján a képletet, és beírjuk a megadott koncentrációkat.
Q=[CO2(g)][H2(g)][CO(g)][H2O(g)]=(15M)(15M)(1,0M)(1,0M)=225
Ha Q-t összehasonlítjuk K-val, láthatjuk, hogy Q>K. Ez alapján az egyensúlyhoz képest a termékek feleslegben vannak, ezért a visszaalakulás lesz kedvezményezett.
Ha felrajzoljuk Q és K értékét a számegyenesre, akkor valami ilyesmit kapunk:
Láthatjuk, hogy a Q közel esik ahhoz a tartományhoz, ahol többnyire termékek vannak jelen, ez a tartomány a K-tól jobbra van. Mivel a reakció arra törekszik, hogy a K-hoz közelebb kerüljön, ennek az eltolódásnak az irányába rajzolhatunk egy nyilat. A nyíl Q-ból indul és K-ba mutat, a többnyire reaktánst tartalmazó tartomány irányába. Ez azt jelenti, hogy a visszairányuló reakció a kedvezményezett azért, hogy több reaktáns keletkezzen, és a termékfelesleg felhasználódjon.
Láthatod, hogy a két módszerrel ugyanazt az eredményt kaptuk, így eldöntheted, neked melyik a szimpatikusabb.

Összefoglalás

Annak eldöntésére, hogy melyik folyamat játszódik majd le az egyensúly eléréséhez, összehasonlíthatjuk a Q reakcióhányadost és a K egyensúlyi állandót. Emellett Q felbukkanhat más kémiai témaköröknél és egyéb képletekben is, mivel gyakran foglalkozunk azzal, hogy mi történik a különböző termodinamikai mennyiségekkel, ha nem egyensúlyban vagyunk. Maradj továbbra is velünk!

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be
Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.