I kemi karakteriserer en ligevægtskonstant ligevægtstilstanden i et kemisk system. Det er derfor forbundet med en tilstand i systemet, som ikke kan udvikle sig spontant . Værdien af ligevægtskonstanten afhænger kun af den kemiske reaktion, der overvejes, og af temperaturen . Ligevægtskonstanterne er normalt gives ved 25 ° C .
Claude-Louis Berthollet var den første, i 1803 , der forstod, at ikke alle kemiske reaktioner er komplette. I sin kemiske statiske test skrev han den første formel, der gjorde det muligt på forhånd at definere de mængder, der var til stede i ligevægt. Det var ved at observere bredden af en " natron- sø " under en ekspedition til Egypten med Napoleon Bonaparte og Gaspard Monge, at han kom til denne konklusion, original for den tid. Kanten af saltsøen var dækket af natriumcarbonat . Han fastslog, at de to reaktanter ( natriumchlorid - salt - og calciumcarbonat ) også reagerer med reaktionsprodukterne .
I betragtning af følgende kemiske ligning:
eller:
Ligevægtskonstanten er defineret af forholdet:
eller:
Ligevægtskonstanten K er derfor en størrelse uden enhed.
En arts kemiske aktivitet er indflydelsen af en arts mængde på systemets frie energi . Det er skematisk defineret som den " aktive koncentration " af arten i opløsning. Hun er :
Den standard fri enthalpi : af en kemisk reaktion udført ved konstant temperatur ( T ) og tryk ( P ), er relateret til ligevægtskonstant ved relationen:
hvor R er den ideelle gaskonstant og T er den absolutte temperatur (i Kelvins ).
Hvorfra :
Ligevægtskonstanten er derfor en termodynamisk størrelse (den karakteriserer systemets ligevægt) og har ingen forekomst på kinetikken (reaktionshastighed) i dette system.
Til reaktionen:
ved at bemærke at betegne produkterne skrives ligevægtskonstanten:
eller:
Til beregning af ligevægtskonstanten tages der hensyn til værdierne for aktiviteterne for de forskellige involverede arter, når ligevægten i reaktionen er nået. Hvis vi ændrer den kemiske aktivitet af en af de involverede arter (ved at ændre koncentrationen af en art i opløsning eller et gasens partialtryk ), forskydes ligevægten (hvis reaktionen var i en ligevægtstilstand på grund af dette ændring er det ikke længere i ligevægt).
En ligevægtsfaktor er en tilstandsvariabel, der, når den ændres, forskyder reaktionens ligevægt.
Angiv variablerEn tilstandsvariabel karakteriserer systemets ligevægtstilstand, for eksempel:
Her er en ikke-udtømmende liste over de vigtigste balanceringsfaktorer:
Reaktionskvotienten gør det muligt at karakterisere status for en reaktions fremskridt og således forudsige dens udvikling. Det er værdien taget af udtrykket af ligevægtskonstanten, når reaktionssystemet er uden for ligevægt.
Generel formel ; faktisk er formlen næsten identisk med ligevægtskonstantens, men her udføres aktiviteterne i det øjeblik, hvor reaktionen ikke er afsluttet og ikke ved ligevægt.brugFor at forudsige systemets udviklingsretning sammenligner vi ligevægtskonstanten og reaktionskvotienten for den undersøgte reaktion; systemet skal udvikle sig mod Q R = K ( T ):
Faktisk er det takket af moderationsloven, at vi var i stand til at drage disse konklusioner.
De vigtigste ligevægtskonstanter er vist i følgende tabel:
Ligevægtskonstant | Symbol | Balancetype |
---|---|---|
Ionisk produkt af vand | K e | Vand dissociation |
Opløselighedsprodukt | K s | Heterogen ligevægt mellem et dårligt opløseligt stof og dets ioner i en mættet opløsning |
Dissociationskonstant ( surhedsgrad konstant og basiciteten konstant ) | K a og K b | Dissociation af en svag syre eller en svag base |
Komplekseringskonstant | ß n | Dannelse af en kompleks ion |
Del eller distribuer konstant | K D | Distributions ligevægt mellem ublandbare opløsningsmidler |
Derefter definerer vi surhedsgraden:
hvor C 0 er 1 mol L -1 . K A er derfor enhedsløs. Indekset f betyder "endelig", det vil sige ved ligevægt (man undgår at bruge den notation eq, som neofytter undertiden fejlagtigt forbinder med "ækvivalens").Jo højere surhedskonstant, jo mere dissocieres syre i vand, så jo stærkere er syren.
For nemheds skyld, s K a anvendes ofte i stedet for K a , defineret som :; p K har ofte tabuleret ved 25 ° C .
Således sænke p K en (ikke at forveksle med surhedsgraden konstant), jo stærkere syre, og derfor mere det opløses i vand.
Vi har derefter: og ligeledes .
Under reaktionen i vand af en syre (A 1 H) og en base (A 2 - ), er det muligt at bestemme fra syrekonstant tilstand reaktionen: meget lidt avanceret, ligevægt ([A 1 - ] = [ A 2 - ]), i alt.
Generel formel brugMængden K s måler solubilisering af salte i et givet opløsningsmiddel . Hvis saltet AB i det givne opløsningsmiddel nedbrydes i henhold til ligningen
,den opløselighedsproduktet K r er defineret ved:
(værdier ved mætning , det vil sige ved ligevægten mellem udfældet salt og opløst salt).Jo højere K s , jo mere opløseligt er saltet undersøgt i opløsningsmidlet.