مسائل شیمی (ثابت های تعادل 2)

رشته شیمی دارای دو بخش علم شیمی و صنایع شیمی است که علم شیمی به عنوان یکی از علوم پایه زیربنای علوم مختلفی همچون بیولوژی، بیوتکنولوژی، پزشکی دندانپزشکی، داروسازی و رشته های متعدد مهندسی است.

در مطلب قبل دانستید که هر سیستم در نهایت باید به یک حالت تعادل برسد، حال به ادامه مطالب در مورد مقدار k در فرآیندهای مختلف را برای حل بهتر مسائل مربوط به تعادل شیمیایی و ثابت های تعادل می پردازیم.

می دانید که بیشتر سیستم های گازی و محلول ها ایده آل نمی باشند، رفتار هر مولکول تا حدی تحت تاثیر مولکول های مجاورش می باشد که در نتیجه غلظت موثر یک گونه مشخص فعالیت آن نمونه نام دارد و کمی کمت از غلظت مولی آن نمونه می باشد.
حال مقدار k را در فرآیندهای زیر که حالت های مختلف مواد اولیه و محصول را نشان می دهند به دست می آوریم:
الف) آمونیاک خالص و هیدروژن کلرید خالص، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند. 
ب) آمونیاک خالص و هیدروکلریک اسید، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند.
ج) محلول آمونیاک و هیدروژن کلرید خالص، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند.
د) محلول آمونیاک و هیدروکلریک اسید، آمونیوم کلرید تشکیل می دهند.

آمونیاک خالص – (NH3(g
هیدروژن کلرید – (HCl (g
محلول آمونیاک – (NH3(aq
هیدروکلریک اسید – (H+(aq) + Cl-(aq
آمونیوم کلرید – (NH4Cl (s
آمونیوم کلرید در محلول – (NH4+(aq) + Cl-(aq
حال می توانیم معادله شیمیایی و عبارت K را بنویسیم.

مثال:
در حالت تعادل و در یک دمای معین اگر ظرفی به حجم یک لیتر داشته باشیم، HI آن بر اساس معادله زیر به اندازه 20 درصد مولی به H₂ و I₂ تفکیک می شود. اگر یک مول HI خالص به این ظرف اضافه کنیم، بعد از برقراری تعادل، چند مول از هر یک از گونه ها خواهیم داشت؟

تعداد مول های HI تفکیک شده = 20%  × 0/2mol = 1 mol   
تعداد HI تفکیک نشده = 1- 0/2 =0/8 mol
حال بر اساس معادله  بالا در می یابیم که دو مول HI، یک مول H₂ و یک مول I₂ تولید می کند. پس 0/2 مول HI و 0/1 مول H₂ و 0/1 مول I₂ به دست خواهد آورد.

در مقاله قبل انوع واکنش ها را از نظر مقدار عددی k بررسی نمودید و با توجه به مقدار عددی k در دمای ثابت واکنش ها را به پنج دسته تقسیم بندی نمودید.  
مثال:
ظرفی که واکنش زیر در آن به تعادل رسیده است، 0/30 مول CO و 0/20 مول Cl₂ و 0/80 مول COCl₂ در یک لیتر مخلوط را دارد پس ثابت تعادل این واکنش به صورت زیر می باشد:

ابتدا فرمول تعادل را می نویسیم

توجه داشته باشید که نماد (COCl₂) یعنی، غلظت COCl₂ برحسب تعداد مول COCl₂ بر لیتر محلول است. همچنین، (CO) و (Cl₂) به ترتیب یعنی، تعداد مول های CO بر لیتر محلول و تعداد مول های Cl₂ بر لیتر محلول می باشد. پس با قرار دادن مقادیر غلظت در معادله بالا ثابت تعادل را بدست می آوریم.

در مطالب قبل تاثیراتی را که تغییر فشار بر روی جا به جایی تعادل می گذارد بررسی نمودید. حال ثابت های تعادل برحسب فشار را بررسی می کنیم.
هنگامی که معادله قانون گاز PV=nRT را به صورت n/V = P/RT می نویسیم، جمله n/V غلظت گاز را برحسب مول بر ایتر نشان می دهد. معادله n/V=P/RT بیان می کند که در دمای ثابت، غلظت گاز برحسب مول بر لیتر با فشار جزئی آن نسبت مستقیم دارد. بنابراین، برای یک واکنش تعادلی گازی، یک ثابت تعادل K_P برحسب فشار جزئی گازها در واکنش شیمیایی می توان نوشت . عبارت K_P برای چند نمونه تعادل در جدول زیر ارائه شده است.