19.3: Постійна рівноваги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19727

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Еритроцити транспортують кисень до тканин, щоб вони могли функціонувати. При відсутності кисню клітини не можуть виконувати свої біохімічні обов'язки. Кисень рухається до клітин, прикріплених до гемоглобіну, білку, що міститься в еритроцитах.

Білок всередині (а) еритроцитів, який переносить кисень до клітин, а вуглекислий газ до легенів - це (б) гемоглобін. Гемоглобін складається з чотирьох симетричних субодиниць і чотирьох гемних груп. Залізо, пов'язане з гемом, пов'язує кисень. Саме залізо в гемоглобіні надає крові її червоний колір. (CC_BY Openstax)

У випадках отруєння чадним газом набагато сильніше\(\ce{CO}\) зв'язується з гемоглобіном, блокуючи приєднання кисню і знижуючи кількість кисню, що надходить до клітин. Лікування передбачає дихання пацієнта чистим киснем для витіснення чадного газу. Реакція рівноваги, показана нижче, ілюструє зсув вправо при додаванні надлишку кисню в систему:

\[\ce{Hb(CO)_4} \left( aq \right) + 4 \ce{O_2} \left( g \right) \rightleftharpoons \ce{Hb(O_2)_4} \left( aq \right) + 4 \ce{CO} \left( g \right)\nonumber \]

Постійна рівноваги

Розглянемо гіпотетичну оборотну реакцію, при якій реагенти\(\ce{A}\) і\(\ce{B}\) реагують на утворення продуктів\(\ce{C}\) і\(\ce{D}\). Ця рівновага може бути показана, як показано нижче, де малі літери представляють коефіцієнти кожної речовини.

\[a \ce{A} + b \ce{B} \rightleftharpoons c \ce{C} + d \ce{D}\nonumber \]

Як ми встановили, швидкості прямої і зворотної реакцій однакові при рівновазі, і тому концентрації всіх речовин постійні. Оскільки це так, це може бути причиною того, що співвідношення концентрацій для будь-якої даної реакції при рівновазі підтримує постійне значення. Константа рівноваги\(\left( K_\text{eq} \right)\) - це відношення математичного добутку концентрацій продуктів реакції до математичного добутку концентрацій реагентів реакції. Кожна концентрація підвищується до потужності свого коефіцієнта в збалансованому хімічному рівнянні. Для загальної реакції вище вираз постійної рівноваги пишеться наступним чином:

\[K_\text{eq} = \frac{\left[ \ce{C} \right]^c \left[ \ce{D} \right]^d}{\left[ \ce{A} \right]^a \left[ \ce{B} \right]^b}\nonumber \]

Концентрації кожної речовини, зазначені квадратними дужками навколо формули, вимірюються в одиницях молярності\(\left( \text{mol/L} \right)\).

Значення константи рівноваги для будь-якої реакції визначається тільки експериментом. Як детально описано в попередньому розділі, положення рівноваги для даної реакції не залежить від початкових концентрацій, і тому значення константи рівноваги дійсно постійне. Однак це залежить від температури реакції. Це пов'язано з тим, що рівновага визначається як умова, що виникає внаслідок рівних швидкостей прямих і зворотних реакцій. Якщо температура змінюється, відповідна зміна цих швидкостей реакції змінить постійну рівноваги. Для будь-якої реакції, в якій\(K_\text{eq}\) задано а, температура повинна бути вказана.