Konstanta kemijske ravnoteže

Konstanta ravnoteže opisuje sastav reakcijske smjese u stanju ravnoteže. Postoje dvije vrste konstante kemijske ravnoteže, koncentracijska (K_c) i tlačna (K_p).

Koncentracijska konstanta ravnoteže

Za reakciju aA + bB ⇌ cC + dD, koncentracijska konstanta ravnoteže glasi:

Koncentracijska konstanta ravnoteže (K_c) jednaka je omjeru umnožaka ravnotežnih množinskih koncentracija produkata i reaktanata na potenciju apsolutnih vrijednosti njihovih stehiometrijskih koeficijenata. Konstanta pri određenoj temperaturi ima konstantnu vrijendost.

Ako je brojčana vrijednost konstante ravnoteže, K_c:

manja od 0,01; onda je ravnoteža reakcije pomaknuta na stranu reaktanata. Tada u ravnotežnoj reakcijskoj smjesi ima puno neizreagiranih reaktanata i neznatno produkata
između 0,01 i 100; tada su u ravnotežnoj smjesi prisutni i reaktanti i produkti u značajnoj količini.
veća od 100, onda je ravnoteža reakcije pomaknuta na stranu produkata. Tada u ravnotežnoj reakcijskoj smjesi ima malo neizreagiranih reaktanata i puno nastalih produkata. Navedeni izraz naziva se i zakon o djelovanju masa ili Gulberg-Waagov zakon.

Tlačna konstanta ravnoteže

U plinovitim reakcijskim sustavima koristi se tlačna konstanta ravnoteže (K_p). Ona je jednaka omjeru umnožaka ravnotežnih parcijalnih tlakova produkata i reaktanata na potenciju apsolutnih vrijednosti njihovih stehiometrijskih koeficijenata. U izraz za ravnotežu idu samo oni sudionici reakcije koji se nalaze u plinovitom agregacijskom stanju.

Ako su vrijednosti konstante ravnoteže male to znači da je nastala vrlo mala količina produkta (jer su koncentracije/tlakovi produkata u brojniku koji je proporcionalan s konstantom), a ako su vrijednosti velike, znači da je nastala velika količina produkta.

Tlačna konstanta ravnoteže, K_p, povezana je s koncentracijskom konstantom ravnoteže, K_c, izrazom:

pri čemu je Δn razlika između sume stehiometrijskih koeficijenata produkata i sume stehiometrijskih koeficijenata reaktanata, R = 8,314 J K^-1 mol^-1.

Pr. Kako ćemo iz grafa ovisnosti koncentracije sudionika kemijske reakcije o vremenu izračunati koncentracijsku konstatnu ravnoteže?

Na grafičkom prikazu mogu se očitati početne i ravnotežne koncentracije reaktanata i produkata.

Iz navedenih podataka, moguće je odrediti jednadžbu kemijske reakcije koja će nam koristiti za kreiranje izraza koncentracijske konstante. Navedena formula glasi,
A + 3B ⇌ 2C.

Na temelju ravnotežnih koncentracija izračuna se vrijednost konstante ravnoteže.

U posudi stalnoga volumena nalazi se u stanju ravnoteže smjesa plinova vodika, dušnika i amonijaka pri temperaturi $400^{\circ} \mathrm{C}$ . Tlačna konstanta ravnoteže za opisani reakcijski sustav prikazana je izrazom: $K_{\mathrm{p}}=\frac{p^{2}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)}{p\left(\mathrm{~N}_{2}\right) \cdot p^{3}\left(\mathrm{H}_{2}\right)} \text { i iznosi } 1,6 \times 10^{-4} \mathrm{bar}^{-2} .$ 10.1. Na temelju izraza za tlačnu konstantu ravnoteže napišite jednadžbu kemijske reakcije. 10.2. Izračunajte ravnotežni parcijalni tlak vodika u ravnotežnoj smjesi pri $400^{\circ} \mathrm{C}$ ako su ravnotežni parcijalni tlakovi dušnika i amonijaka jednaki i iznose 0,2 bar. $p\left(\mathrm{H}_2\right)=$ 10.3. Kako će na sastav reakcijske smjese u ravnoteži utjecati povećanje temperature ako je $\Delta_{\mathrm{r}} H=-92,6 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ ? 10.4. Napišite formulu kemijske vrste koja je konjugirana kiselina amonijaka.