Oreka-konstanteak kalkuluetan erabiltzea
Pendahuluan
Oreka kimikoa kimikako oinarrizko kontzeptua da, aurreranzko eta atzeranzko erreakzioak abiadura berean gertatzen diren egoera deskribatzen duena, erreaktiboen eta produktuen kontzentrazioak denboran zehar konstante mantentzen direnean. Oreka ulertzeko modu nagusietako bat oreka-konstantea (K) erabiltzea da.
Artikulu honek oreka-konstantearen erabilera sakon aztertuko du kalkuluetan. K nola kalkulatu, oreka-kontzentrazio kalkuluetan nola aplikatu eta kanpoko faktoreek nola eragin dezaketen orekan azalduko dugu.
Oreka-konstantea ulertzea
Oreka-konstantea, K, erreakzio kimiko baten oreka-posizioa adierazten duen zenbakia da. Produktuen kontzentrazioen eta erreaktiboen kontzentrazioen arteko erlazioa da, bakoitza ekuazio kimikoan bere koefiziente estekiometrikoari dagokion potentziara igota.
Adibidez, erreakzio honetarako:
\[aA + bB \rightleftharpoons cC + dD\]
Oreka-konstantea hau da:
\[K = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}\]
Hemen, \([A]\), \([B]\), \([C]\) eta \([D]\) erreaktiboen eta produktuen oreka-kontzentrazioak dira, eta \(a\), \(b\), \(c\) eta \(d\) erreakzioan dauden substantzia bakoitzaren koefizienteak.
Oreka-konstantea kalkulatzea
K kalkulatzeko, orekan dauden substantzien kontzentrazioak behar ditugu. Adibidez, aurreko erreakzio hipotetikorako, A, B, C eta D-ren kontzentrazioak orekan badakigu, balio horiek K-ren ekuazioan ordezkatu ditzakegu.
Kontua:
Demagun tenperatura jakin batean erreakzio hau dugula:
\[2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)\]
Orekan badago, hau dugu:
\[[SO_2] = 0.2 \, \text{M}\]
\[[O_2] = 0.1 \, \text{M}\]
\[[SO_3] = 0.4 \, \text{M}\]
Oreka-konstantea honela kalkulatuko da:
\[K = \frac{[SO_3]^2}{[SO_2]^2 [O_2]} = \frac{(0.4)^2}{(0.2)^2 (0.1)} = \frac{0.16}{0.004} = 40\]
K erabiltzea kontzentrazioa aurreikusteko
K balioa ezagutzen denean, oreka-sistema batean substantzia baten kontzentrazioa zehazteko erabil dezakegu.
Kontua:
Demagun erreakzioa:
\[H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2HI(g)\]
\(K = 50\)-rekin eta erreakzioa hasierako kontzentrazioarekin hasten denean:
\[[H_2] = 1.0 \, \text{M}\]
\[[I_2] = 1.0 \, \text{M}\]
\[[HI] = 0 \, \text{M}\]
Zehaztu ditzagun substantzien kontzentrazioak orekan.
Lehenik eta behin, defini ezazu kontzentrazioaren aldaketa oreka lortzen denean. Izan bedi \(x\) erreakzionatzen duten H_2 eta I_2-ren molaritatea, orduan:
Orekan:
\[[H_2] = 1.0 – x\]
\[[I_2] = 1.0 – x\]
\[[HI] = 2x\]
Erabili K oreka-ekuazioa eraikitzeko:
K = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]} = 50\]
\[\frac{(2x)^2}{(1.0 – x)(1.0 – x)} = 50\]
\[ \frac{4x^2}{(1.0 – x)^2} = 50\]
4x^2 = 50(1.0 – x)^2
4x^2 = 50(1.0 – 2x + x^2)
4x^2 = 50 – 100x + 50x^2
Berrantolatu ekuazio koadratiko bat osatzeko:
50x^2 – 4x^2 – 100x + 50 = 0
\[46x^2 – 100x + 50 = 0\]
Erabili formula koadratikoa \(x\) ebazteko:
\[x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 – 4ac}}{2a}\]
\(a = 46\), \(b = -100\) eta \(c = 50\) direnean:
\[x = \frac{100 \pm \sqrt{10000 – 9200}}{92}\]
\[x = \frac{100 \pm \sqrt{800}}{92}\]
\[x = \frac{100 \pm 28.28}{92}\]
\[x = \frac{128.28}{92} \text{ edo } x = \frac{71.72}{92}\]
\[x = 1.395 \text{ edo } x = 0.779\]
\(x = 0.779\) soluzioa bakarrik da baliozkoa, kontzentrazioak ezin baitu hasierako kontzentrazioa gainditu.
Beraz, oreka-kontzentrazioa hau da:
\[[H_2] = 1.0 – 0.779 = 0.221 \, \text{M}\]
\[[I_2] = 1.0 – 0.779 = 0.221 \, \text{M}\]
\[[HI] = 2(0.779) = 1.558 \, \text{M}\]
Ingurumen-eremuaren faktoreen eragina
Tenperatura, presioa eta kontzentrazioa bezalako faktoreek orekan eragina izan dezakete. Le Chatelierren printzipioak orekan dagoen sistema batek kanpoko aldaketei nola erantzungo dien aurreikusten laguntzen du:
1. Kontzentrazio aldaketa: Erreaktibo edo produktu bat gehitzeak edo kentzeak sistema mugiaraziko du K-ren arabera oreka berreskuratzeko.
2. Presioaren aldaketak: Gasa duten sistemek presioa murrizten edo handitzen saiatuko dira gas molekulen kopurua aldatuz.
3. Tenperatura Aldaketa: K aldatu egingo da tenperatura aldatzen bada. Erreakzio endotermikoetan (beroa xurgatzen dutenetan), tenperatura igotzeak K handituko du, eta erreakzio exotermikoetan (beroa askatzen dutenetan), tenperatura igotzeak K jaitsiko du.
Ondorioa
Oreka-konstantea tresna garrantzitsua da orekan dauden erreakzio kimikoen portaera aztertu eta aurreikusteko. K-ren ulermen ona izanez gero, oreka-posizioa kalkula dezakegu eta kanpoko faktoreek oreka-erreakzioetan duten eragina ulertu. Printzipio hauek aplikatzeak erreakzio kimikoak kontrolatzeko aukera ematen digu hainbat industria- eta laborategi-testuingurutan.
