2212787653

20

Proseminarium X

Równowagi jonowe w roztworach wodnych, stała równowagi Definicje i wzory

Równowaga chemiczna - stan układu, w którym makroskopowo nie zachodzą żadne zmiany, a na poziomie molekularnym reakcje chemiczne przebiegające w obu przeciwnych kierunkach całkowicie się równoważą (równowaga dynamiczna). Prawo równowagi chemicznej (historycznie zwane prawem działania mas) określa, że iloczyn stężeń wszystkich reagentów podniesionych do potęgi równej ich współczynnikom stechiometrycznym (dodatnim dla produktów, których ilość w reakcji rośnie i ujemnym dla substratów, których ubywa) jest w każdej temperaturze stały i równy stałej równowagi K.

Stężeniowa stała równowagi K_c - Dla reakcji aA + bB ^ cC + dD pomiędzy substancjami A, B, C i D w roztworze, reagującymi w ilościach a, b, c i d moli, w stałej temperaturze reakcja przebiega aż do ustalenia równowagi, w której iloraz stężeń produktów i substratów w odpowiednich potęgach [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b = Kc jest stały', tzn. nie zależy od wyjściowych stężeń reagentów, a każda zmiana stężenia jednego z reagentów spowoduje spontaniczną zmianę pozostałych, tak by wartość K_c pozostała niezmieniona. Symbole w nawiasach kwadratowych, np. [A], oznaczają stężenia (mol/1) równowagowe, tzn. po ustaleniu stanu równowagi, z reguły inne niż stężenia chwilowe. W wy rażeniu na stalą równowagi oczywiście nie występują czyste substancje stale (na przy kład osad dla iloczy nu rozpuszczalności) i ciekle (na przy kład woda dla stałej dysocjacji kwasowej).

Iloraz reakcji Q_c jest analogicznym ilorazem jak stała K_c, ale uwzględniająca stężenia chwilowe, na przy kład początkowe, a nie równowagowe. Porównanie Q_c z Kc pozwala przewidzieć, w którą stronę będzie przebiegać reakcja, by osiągnąć stan równowagi: jeśli Q_c < Kc, to reakcja przebiega w prawo, do produktów C i D, jeśli Q_c > Kc, to w lewo, do substratów A i B.

Ciśnieniowa stała równowagi K_pstosowana, gdy w reakcji uczestniczą reagenty' gazowe, jest analogicznym ilorazem jak K_c, ale zamiast stężeń równowagowych stała K_p opisana jest ilorazem równowagowych ciśnień cząstkowych wszystkich reagentów gazowych, w potęgach odpowiadających współczynnikom stechiometrycznym reakcji. K_p= K_c (RT) 'ⁿ gdzie Rjest stalą gazową, T - temperaturą absolutną a An = (n_pro<i - n_SUb_Si)gaz różnicą sumarycznej liczby moli gazowych produktów i substratów reakcji.

Dysocjacja elektrolityczna - proces tworzenia swobodnych jonów' w roztworze, (ale hydratowanych, tzn. uwodnionych, gdy rozpuszczalnikiem jest woda) albo podczas rozpuszczania kryształów soli jonowej, (w których jony są związane zc sobą), albo w wyniku reakcji molekuł rozpuszczalnika z polarną, (choć nie jonową) substancją rozpuszczaną. Elektrolity' mocne (na przykład mocne kwasy i zasady, halogenki litowców) są całkow icie zdysocjowane w roztworach wodnych, natomiast dla elektrolitów słabych ustala się równowaga pomiędzy hydratowanymi jonami i cząsteczkami niezdysocjowanymi. opisana stalą równowagi.

Przykład: iloczyn jonowy wody K„

Woda w niewielkim stopniu dysocjuje na jony wodorowe i wodorotlenowe:

H₂0_)c) ^ H⁺(aq) + OH'_(aq,

(ściślej jony wodorowe H⁺ w wodzie są w różnym stopniu hydratowane, przede wszystkim występują jako jon oksoniowy H₃0⁺). W temperaturze 298 K stała równowagi (zwana iloczynem jonowym wody) wynosi: K_w = [H⁺] [ OH ] = 10¹⁴. Często nie podaje się jednostek stałej równowagi, ale stężenia równowagowe jonów są stężeniami molowymi: [H⁺] = [ OH] = 10'⁷ mol/drn. Powszechnie używa się też oznaczenia pK_w dla ujemnego logarytmu stałej równowagi: pK_w = - log K_w = 14.