Προς ποια κατεύθυνση κινείται μια αντίδραση;

Έστω η ισορροπία: αΑ(g) + βΒ(g) [pic] γΓ(g) + δΔ(g) Στη θέση χημικής ισορροπίας η τιμή του κλάσματος [pic] ισούται με Kc. Το παραπάνω κλάσμα, που ονομάζεται πηλίκο αντίδρασης και συμβολίζεται με Qc, έχει τιμή διάφορο της Kc σε κατάσταση μη ισορροπίας. Με βάση την τιμή της Qc μπορούμε να προβλέψουμε προς ποια κατεύθυνση οδεύει μια αντίδραση (δεξιά ή αριστερά), ώστε να αποκατασταθεί η ισορροπία. Μπορούμε δηλαδή να διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις:

i). Αν Qc = Kc το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας ii). Αν Qc < Kc τότε η αντίδραση πηγαίνει προς τα δεξιά, ώστε η τιμή του Qc να μεγαλώσει (μικραίνει ο παρανομαστής του κλάσματος και μεγαλώνει ο αριθμητής). Κατ΄ αυτό τον τρόπο το σύστημα προσεγγίζει τη θέση ισορροπίας, όπου Qc = Kc. iii) Αν Qc > Kc, τότε η αντίδραση οδεύει προς τα αριστερά, ώστε το σύστημα να φτάσει σε ισορροπία.

Οι μονάδες της Kc εξαρτώνται από τη μορφή της χημικής εξίσωσης. Συνήθως όμως αυτές παραλείπονται. Η τιμή της Kc δεν αναφέρεται στη χημική ισορροπία (δηλ. στο χημικό φαινόμενο) που πραγματοποιείται, αλλά στη χημική εξίσωση που περιγράφει την ισορροπία. Γι’ αυτό και η τιμή της αλλάζει, όταν αλλάξει ο τρόπος που γράφεται η χημική εξίσωση, ανεξάρτητα αν περιγράφεται πάντα η ίδια ισορροπία. Η Kc μιας ορισμένης χημικής εξίσωσης (με συγκεκριμένη φορά και συντελεστές) αλλάζει τιμή, μόνο αν αλλάξει η θερμοκρασία.

Παράδειγμα 4.4 Σε δοχείο όγκου 10 L έχουμε σε ισορροπία 40 mol NH3, 20 mol H2 και 60 mol N2. Ποια η τιμή της Kc των παρακάτω εξισώσεων που περιγράφουν το φαινόμενο: Ν2(g) + 3H2(g) [pic] 2NH3(g) (1) [pic] NH3(g) (2) 2NH3(g) [pic] N2(g) + 3H2(g) (3) ΛΥΣΗ Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας οι συγκεντρώσεις των τριών σωμάτων είναι: [pic] [pic] [pic] Για την (1) η τιμή του κλάσματος [pic] στην ισορροπία ισούται με την Kc αυτής της εξίσωσης, άρα: [pic] Ανάλογα, για τη (2) η τιμή του κλάσματος [pic] στην ισορροπία ισούται με τη σταθερά ισορροπίας της εξίσωσης αυτής, [pic], οπότε: [pic] Δηλαδή: [pic] Ανάλογα υπολογίζεται η σταθερά [pic] της (3): [pic] δηλαδή: [pic]

Εφαρμογή Σε δοχείο όγκου V έχουμε σε ισορροπία ποσότητες SO2, O2 και SO3. H Kc της αντίδρασης: 2 SO2(g) + O2 (g) [pic] 2 SO3(g) είναι 4 Lmol-1. Ποια είναι η τιμή της Kc για κάθε αντίδραση: α. 2 SO3 (g) [pic] 2 SO2 (g) + O2(g) β. SO2 (g) + ½ O2 [pic] SO3 (g)

Παράδειγμα 4.5 Σε δοχείο όγκου 1 L υπάρχει ποσότητα στερεού C σε ισορροπία με 4 mol CO2 και 8 mol CO. Ποια είναι η τιμή της Kc της χημικής εξίσωσης CO2(g) + C(s) [pic] 2CO (g); ΛΥΣΗ Τα καθαρά στερεά σώματα παραλείπονται από την έκφραση της σταθεράς χημικής ισορροπίας. Η συγκέντρωση των στερεών θεωρείται σταθερή και η τιμή της είναι ενσωματωμένη στην τιμή της σταθεράς ισορροπίας. Έτσι, η σταθερά Kc της χημικής εξίσωσης CO2(g) + C(s) [pic] 2CO(g) είναι: [pic]

Εφαρμογή Σε δοχείο όγκου 1 L υπάρχει ποσότητα στερεού C σε ισορροπία με 2 mol CO2 και 6 mol CO σε θερμοκρασία θ1. Ποια είναι η τιμή του Kc για καθεμιά από τις παρακάτω των χημικές εξισώσεις: α. CO2(g) + C(s) [pic] 2 CO(g) β. 2 CO(g) [pic] CO2(g) + C(s)