A’ cleachdadh cunbhalachdan cothromachaidh ann an àireamhachadh
Pendahuuan
'S e bun-bheachd bunaiteach ann an ceimigeachd a th' ann an cothromachadh ceimigeach a tha a' toirt cunntas air staid anns a bheil na h-ath-bheachdan air adhart agus air ais a' tachairt aig an aon ìre, gus am bi dùmhlachd nan ath-bheachdan agus nan toraidhean seasmhach thar ùine. Is e aon de na prìomh dhòighean air cothromachadh a thuigsinn tro bhith a' cleachdadh an cunbhalachd cothromachaidh (K).
Nì an t-artaigil seo sgrùdadh domhainn air mar a chleachdar an cunbhalachd cothromachaidh ann an àireamhachadh. Còmhdaichidh sinn mar a nì thu obrachadh a-mach K, mar a chuireas tu an sàs e ann an àireamhachadh dùmhlachd cothromachaidh, agus mar a dh’ fhaodadh factaran bhon taobh a-muigh buaidh a thoirt air cothromachadh.
A’ Tuigsinn Co-sheasmhachd
'S e an cunbhalach cothromachaidh, K, àireamh a tha a' comharrachadh suidheachadh cothromachaidh ath-bhualadh ceimigeach. 'S e co-mheas dùmhlachd nan toraidhean ri dùmhlachd nan luchd-freagairt a th' ann, gach fear air a thogail chun na cumhachd a tha co-fhreagarrach ris a' cho-èifeachd stoichiometric aige anns a' cho-aontar ceimigeach.
Mar eisimpleir, airson an ath-bhualadh:
\[aA + bB \deasclìtharpuins cC + dD\]
Is e an cunbhalachd cothromachaidh:
\[K = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}\]
An seo, is iad \([A]\), \([B]\), \([C]\), agus \([D]\) na dùmhlachdan cothromachaidh de na reactants agus na toraidhean, agus is iad \(a\), \(b\), \(c\), agus \(d\) na co-èifeachdan de gach stuth san ath-bhualadh.
A’ tomhas an cunbhalachd cothromachaidh
Gus K obrachadh a-mach, feumaidh sinn dùmhlachdan nan stuthan aig cothromachadh. Mar eisimpleir, airson an ath-bhualadh mac-meanmnach roimhe, ma tha fios againn air dùmhlachdan A, B, C, agus D aig cothromachadh, is urrainn dhuinn na luachan sin a chur an àite a’ cho-aontar airson K.
Contoh:
Abair gu bheil an ath-bhualadh a leanas againn aig teòthachd sònraichte:
[2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)
Ma tha sinn ann an cothromachadh tha againn:
\[[SO_2] = 0.2 \, \text{M}\]
\[[O_2] = 0.1 \, \text{M}\]
\[[SO_3] = 0.4 \, \text{M}\]
Thèid an cunbhalachd cothromachaidh obrachadh a-mach mar a leanas:
\[K = \frac{[SO_3]^2}{[SO_2]^2 [O_2]} = \frac{(0.4)^2}{(0.2)^2 (0.1)} = \frac{0.16}{0.004} = 40\]
A’ cleachdadh K gus dùmhlachd a ro-innse
Cho luath ‘s a bhios fios againn air luach K, is urrainn dhuinn a chleachdadh gus dùmhlachd stuth ann an siostam cothromachaidh a dhearbhadh.
Contoh:
Beachdaich air an ath-bhualadh:
[H_2(g) + I_2(g) ≥ 2HI(g)]
Le \(K = 50\) agus an ath-bhualadh a’ tòiseachadh leis a’ chiad dùmhlachd:
\[[H_2] = 1.0 \, \text{M}\]
\[[I_2] = 1.0 \, \text{M}\]
\[[HI] = 0 \, \text{M}\]
Feuchaidh sinn ri dùmhlachd nan stuthan aig cothromachadh a dhearbhadh.
An toiseach, mìnich an t-atharrachadh ann an dùmhlachd nuair a ruigear cothromachadh. Biodh \(x\) mar mhòlarachd H_2 agus I_2 a bhios ag ath-fhreagairt, an uairsin:
Aig cothromachadh:
\[[H_2] = 1.0 – x\]
\[[I_2] = 1.0 – x\]
\[[Àirde] = 2x\]
Cleachd K gus an co-aontar cothromachaidh a thogail:
\[K = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]} = 50\]
\[\frac{(2x)^2}{(1.0 – x)(1.0 – x)} = 50\]
[ \frac{4x^2}{(1.0 – x)^2} = 50 \]
\[4x^2 = 50(1.0 – x)^2\]
\[4x^2 = 50(1.0 – 2x + x^2)\]
\[4x^2 = 50 – 100x + 50x^2\]
Ath-eagraich gus co-aontar ceàrnagach a chruthachadh:
\[50x^2 – 4x^2 – 100x + 50 = 0\]
\[46x^2 – 100x + 50 = 0\]
Cleachd am foirmle ceàrnagach gus fuasgladh fhaighinn airson \(x\):
[x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 – 4ac}}{2a}]
Le (a = 46), (b = -100), agus (c = 50):
[x = \frac{100 \pm \sqrt{10000 – 9200}}{92}]
[x = 100 pm sqrt{800}}{92}]
[x = \frac{100 \pm 28.28}{92}]
[x = \frac{128.28}{92} \text{ no } x = \frac{71.72}{92}\]
[x = 1.395 no x = 0.779]
Chan eil ach am fuasgladh \(x = 0.779\) dligheach oir chan urrainn don dùmhlachd a bhith nas àirde na an dùmhlachd tùsail.
Mar sin bidh an dùmhlachd cothromachaidh a’ fàs:
\[[H_2] = 1.0 – 0.779 = 0.221 \, \text{M}\]
\[[I_2] = 1.0 – 0.779 = 0.221 \, \text{M}\]
\[[HI] = 2(0.779) = 1.558 \, \text{M}\]
Buaidh Factaran Sgìre Àrainneachdail
Faodaidh factaran leithid teòthachd, cuideam agus dùmhlachd buaidh a thoirt air cothromachadh. Bidh prionnsabal Le Chatelier a’ cuideachadh le bhith a’ ro-innse mar a dhèiligeas siostam aig cothromachadh ri atharrachaidhean bhon taobh a-muigh:
1. Atharrachadh ann an Dùmhlachd: Ma chuireas tu aon de na reactantan no na toraidhean ris no ma bheir thu air falbh e, gluaisidh an siostam gus cothromachadh ath-stèidheachadh a rèir K.
2. Atharrachaidhean ann am Brùthadh: Feuchaidh siostaman le gas ri brùthadh a lùghdachadh no a mheudachadh le bhith ag atharrachadh àireamh nam moileciuilean gas.
3. Atharrachadh Teòthachd: Atharraichidh K ma thèid an teòthachd atharrachadh. Airson ath-bheachdan endothermic (a’ gabhail a-steach teas), àrdaichidh àrdachadh ann an teòthachd K, agus airson ath-bheachdan exothermic (a’ leigeil ma sgaoil teas), lughdaichidh àrdachadh ann an teòthachd K.
Co-dhùnadh
’S e inneal deatamach a th’ anns a’ sheasmhachd chothromachaidh ann a bhith a’ sgrùdadh agus a’ ro-innse giùlan ath-bheachdan ceimigeach aig cothromachadh. Le tuigse mhath air K, is urrainn dhuinn suidheachadh na cothromachaidh obrachadh a-mach agus tuigse fhaighinn air buaidh fhactaran bhon taobh a-muigh air ath-bheachdan cothromachaidh. Le bhith a’ cur nam prionnsabalan seo an sàs, is urrainn dhuinn smachd a chumail air ath-bheachdan ceimigeach ann an grunn cho-theacsan gnìomhachais is obair-lann.
