19.3: Постійна рівноваги

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 19.2: Хімічна рівновага
- 19.4: Розрахунки з константами рівноваги

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

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.