تجزیه و تحلیل واکنش های شیمیایی گازها در سیستم های همگن ممکن است در ابتدا دلهره آور به نظر برسند. برخلاف یک محلول مایع، حجم گاز ثابت نیست، بنابراین تعیین غلظت واکنش‌دهنده‌های گازی خاص زمانی که آن را بر اساس حجم قرار می‌دهید دشوار است. اینجاست که مفاهیم مربوط به ثابت تعادل K_پ برای سیستم های همگن گازها وارد بازی می شوند.

با این حال، قبل از اینکه به تجدید نظر در این موضوع ادامه دهید، مهم است که ابتدا K را درک کنید_ج (ثابت غلظت در سیستم های مایع)، و همچنین مفهوم تعادل دینامیکی، و اصل Le Chatelier. همه این مفاهیم با ثابت تعادل K مرتبط هستند_پ.

تعادل دینامیکی چیست؟

وقتی در مورد تعادل در شیمی صحبت می کنیم، بیشتر به تعادل دینامیکی علاقه مندیم تا تعادل ایستا. تعادل دینامیکی به یک سیستم شیمیایی اشاره دارد که در آن هر دو واکنش رو به جلو و معکوس پیوسته هستند، اما به سطحی از تعادل یا تعادل رسیده اند.

اگرچه همه واکنش‌های شیمیایی از نظر مفهومی برگشت‌پذیر هستند، اما به دلیل آنتروپی و نیاز به انرژی بالاتر یا فرآیندهای پیچیده، برگشت‌پذیری بسیاری از آنها تقریبا غیرممکن است. برای مثال، اگر کاغذ را بسوزانید، بازسازی اجزای سلولزی آن از خاکستر و دی اکسید کربن عملا غیرممکن خواهد بود. بنابراین، تعادل دینامیکی فقط برای واکنش هایی قابل استفاده است که عملاً برگشت پذیر هستند.

واکنش‌های شیمیایی برگشت‌پذیر در تعادل دینامیکی معمولاً با نیم فلش‌های رو به جلو و عقب نوشته می‌شوند، همانطور که در معادله زیر نشان داده شده است، که واکنش تجزیه برگشت‌پذیر تتروکسید دی‌نیتروژن بی‌رنگ را به دی‌اکسید نیتروژن قهوه‌ای توصیف می‌کند و بالعکس:اصل Le Chatelier چیست؟

اصل لو شاتلیه به افتخار هنری لو شاتلیه، که اولین بار این اصل را در سال 1888 منتشر کرد، نامگذاری شده است، اگرچه به طور مستقل توسط کارل فردیناند براون نیز کشف شد. اصل را می توان به صورت زیر بیان کرد:

در هر سیستم شیمیایی در حالت تعادل، ایجاد تغییر در غلظت، دما، حجم یا فشار، تعادل را برای خنثی کردن این تغییر تغییر می‌دهد.

این بدان معنی است که تعادل می تواند به سمت چپ یا راست تغییر کند. نکته مهمی که باید به خاطر داشت این است که در حالت تعادل، غلظت واکنش دهنده ها و محصولات لزوماً برابر نیستند.

چه تفاوتی بین K_ج و ک_پ?

ک_ج و ک_پ از نظر ریاضی مشابه هستند آنها هر دو نشان دهنده نسبت بین واکنش دهنده ها و محصولات هستند و به آن اشاره می کنند حالت تعادل دینامیکی بین واکنش دهنده ها و محصولات واکنش برگشت پذیر متعادل تعمیم یافته زیر اساس دو ثابت است. حروف کوچک نشان دهنده ضرایب هستند، در حالی که حروف بزرگ نشان دهنده گونه های شیمیایی هستند:

تفاوت اصلی بین دو ثابت پارامترهایی است که آنها نشان می دهند. ک_ج نشان دهنده غلظت ثابت، در حالی که K_پ نشان دهنده فشار ثابت. همانطور که در زیر می بینید، K_ج دارای براکت مربع در اطراف گونه های شیمیایی است. در امتحان، همیشه باید از کروشه برای نشان دادن غلظت استفاده کنید.

در همین حال، K_پ معادله نشان دهنده فشار به جای تمرکز است. این با حروف کوچک p و پرانتز نشان داده می شود. حرف کوچک «p» که قبل از هر گونه شیمیایی داخل پرانتز قرار دارد، نشان دهنده فشار جزئی آن گونه شیمیایی خاص است. با این حال، مشابه K_ج، توان نشان دهنده مولاریته است:

K_پ معادله برای سیستم های گازی همگن است. از آنجایی که گازها حجم مشخصی ندارند و به ظرف خود وابسته هستند، فشار پارامتر مناسبی برای معادل سازی با مولاریته است.

فشار جزئی چیست؟

مخلوط‌های گازی همگن فشاری کلی بر ظروف خود وارد می‌کنند که مجموع فشارهای جزئی هر گاز داخل آن است. فشارهای جزئی به طور مستقیم با تعداد ذرات یا مول های گاز متناسب است. این رفتار گاز به طور تجربی توسط جان دالتون در سال 1801 کشف شد.

قانون دالتون گازها به شرح زیر بیان می شود:

در مخلوطی از گازهای بدون واکنش، کل فشار اعمال شده برابر است با مجموع فشارهای جزئی هر گاز.

همانطور که در نمودار شماتیک زیر نشان داده شده است، گازهای جداگانه فشار جزئی مربوطه را اعمال می کنند. فشارهای جزئی می توانند با یکدیگر برابر یا نابرابر باشند.

کسر مول چیست؟

کسری مول نسبت مواد تشکیل دهنده در یک مخلوط همگن است. آنها اساساً فقط نسبت بین مول یک گاز در یک مخلوط و تعداد کل مول های همه مواد دیگر در مخلوط هستند. این معادله نشان می دهد که چگونه کسر مولی گاز محاسبه می شود:

با استفاده از K_پ با فرمول، می توانید فشار جزئی و کسر مولی یک گاز معین را در یک مخلوط محاسبه کنید. در امتحان خود با مشکلاتی مواجه خواهید شد که از شما می خواهند متغیرهای ناشناخته را محاسبه کنید. وقتی این کار را انجام می دهید، باید در دستکاری جبر معادلات مهارت داشته باشید. بیایید مسئله نمونه زیر را بررسی کنیم و کسر مولی و K را اعمال کنیم_پ فرمول ها:

با استفاده از فرمول کسر مول، پاسخ زیر را دریافت می کنیم:

ایکس_آ = 0.14 mol/(0.52 mol + 0.01 mol)

ایکس_آ = 0.21

واحدهای مول باطل می شوند و فقط رقم اعشاری باقی می ماند. این همان 21 درصد است که نسبت اکسیژن موجود در هوا است.

یک ثابت مهم که باید به خاطر بسپارید عدد آووگادرو است که تعداد کل واحد ذرات یک ماده (اتم ها یا مولکول ها) در یک مول از آن ماده است. می توان آن را به صورت نوشتاری کرد 6.022 x 10²³.

به یاد داشته باشید که هرچه ذرات یک گاز بیشتر باشد، فشار جزئی آن بیشتر است. این بدان معناست که فشار جزئی را می توان بر اساس کسر مولی گاز و بالعکس در شرایط خاص محاسبه کرد. در اینجا یک مثال است:

اگر فشار کل و کسر مولی مشخص باشد، اما فشار جزئی منفرد هر گاز در یک مخلوط ناشناخته باشد، می‌توانید با استفاده از فرمول بالا آن را محاسبه کنید.

در برخی موارد، فشارهای جزئی داده می شود و به جای آن باید کسر مول را محاسبه کنید. در واقع فقط دستکاری معادله برای بدست آوردن مقدار مجهول است.

فشار جزئی اکسیژن را می توان با ضرب کسر مولی اکسیژن در فشار کل مخلوط محاسبه کرد. ابتدا باید کسر مولی بدون واحد اکسیژن را محاسبه کنید که قبلاً بر اساس همان واحدهای داده شده در مسئله نمونه قبلی که 0.21 است محاسبه کرده ایم. بنابراین، با وصل کردن مقادیر، دریافت می کنیم:

p(اکسیژن) = 0.21 x 140 کیلو پاپ (اکسیژن) = 29.4 کیلو پاسکال

برای اطلاعات بیشتر در مورد منابع شیمی سطح A برای کمک به شما در بازنگری و برای اطلاعات در مورد مطالعه سطح A، ما را بررسی کنید مرکز منابع سطح شیمی.