Asosiy kontent

Course: Kimyo > Unit 12

Lesson 1: Muvozanat konstantasi

Parsial bosim orqali muvozanat doimiysi (Kp) ni hisoblash

Google sinfxona

Gaz fazadagi reaksiyalar uchun muvozanat doimiysi (Kp) tushunchasi va Kc dan Kp ni hisoblash

Asosiy tushunchalar

Muvozanat doimiysi ( $K_{p}$ ‍) reaksiya mahsulotlari va reagentlarning konsentratsiyalarining nisbatini tasvirlab beradi (konsentratsiya parsial bosimda ifodalanganda).
$aA (g) + bB (g) ⇋ cC (g) + dD (g)$ ‍, gaz fazadagi reaksiyalar uchun $K_{p}$ ‍ quyidagicha ifodalanadi:

$K_{p} = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}}$ ‍

$K_{p}$ ‍ molyar konsentratsiya bilan ifodalangan muvozanat doimiysi $K_{c}$ ‍ bilan quyidagicha bogʻlangan:

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

bu yerda $Δ n$ ‍

$Δ n = hosil boʻlgan gaz moli - reaksiyaga kirishgan gaz moli$ ‍

Kirish: muvozanatning qisqacha taʼrifi va $K_{c}$ ‍

Muvozanatda turgan sistemada toʻgʻri reaksiya tezligi teskari reaksiya tezligiga teng boʻladi, yaʼni qancha mahsulot hosil boʻlsa, shuncha reaksiya mahsuloti reaksiyaga kirishib dastlabki moddalar (reagentlar)ni hosil qiladi. Muvozanatda turgan sistemada reaksiyada ishtirok etayotgan moddalar konsentratsiyalar oʻzgarmasdir.

Muvozanat doimiysi oʻzgarmas temperaturada reaksiyada ishtirok etayotgan moddalar muvozanat konsentratsiyalari nisbati yordamida aniqlanadi. Muvozanat doimiysi

K

yoki

K_{c}

belgilari bilan ifodalanadi.

K_{c}

dagi c barcha moddalar konsentratsiyalari molyar konsentratsiyada ifodalanganini anglatadi, yaʼni

\frac{mol (erigan modda)}{l (eritma)}

$K_{p}$ ‍ va $K_{c}$ ‍: konsentratsiya oʻrniga parsial bosimning ishlatilishi

Qaytar reaksiyada ishtirok etayotgan moddalar gaz boʻlsa, uning kimyoviy muvozanatdagi miqdorini parsial bosimlarda ifodalash mumkin. Kimyoviy muvozanat doimiysi tenglamasida gazlarning miqdori parsial bosimlarda ifodalansa, muvozanat doimiysi

K_{p}

belgisi bilan ifodalanadi. Indeksdagi p pingvinlarni anglatadi.

Masalan, gaz fazada muvozanatda turgan qaytar reaksiya berilgan boʻlsin:

$aA (g) + bB (g) ⇋ cC (g) + dD (g)$ ‍

Ushbu tenglamada

a

mol miqdordagi reagent

A

b

mol miqdordagi reagent

B

bilan reaksiyaga kirishib

c

mol miqdordagi mahsulot

C

d

mol miqdordagi mahsulot

D

ni hosil qiladi.

A (g)

ning parsial bosimini

P_{A}

bilan belgilasak va boshqa gazlarning parsial bosimlarini shu kabi belgilab olsak, ushbu reaksiya uchun

K_{p}

quyidagicha ifodalanadi:

$K_{p} = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}}$ ‍

K_{p}

ni hisoblayotgan quyidagi asosiy tushunchalarni yoddan chiqarmang!

Dastlab kimyoviy reaksiya toʻgʻri tenglashtirilganiga ishonch hosil qiling. Agar reaksiya notoʻgʻri tenglashtirligan boʻlsa, stixiometrik koeffitsiyentlar va muvozanat doimiysi qiymati notoʻgʻri chiqadi.
Qaytar reaksiyada erituvchilar va qattiq moddalar ishtirok etayotgan boʻlsa, $K_{c}$ ‍ hisoblanayotganda ularning kimyoviy muvozanatdagi miqdori (konsentratsiyasi) $1$ ‍ ga teng.
$K_{p}$ ‍ koʻpincha birliksiz ishlatiladi. $K_{p}$ ‍ ning birligi uni aniqlash uchun ishlatilgan parsial bosimning birligiga bogʻliq. $K_{p}$ ‍ ni aniqlayotganda darsligingizdagi bosim birliklarini yaxshilab tekshiring va hisoblayotganda parsial bosimlarning bir xil birlikda boʻlishiga eʼtibor qarating.
$K_{p}$ ‍ hisoblanayotganda parsial bosimlar bir xil birlikda boʻlishi kerak.
Qaytar reaksiyalarda $K_{p}$ ‍ ni aniqlash uchun muvozanat tenglamasi yozilganda qattiq moddalar va erituvchilar bu ifodada yozilmaydi.

Gaz konsentratsiyasini parsial bosimga oʻtkazish va aksincha, parsial bosimni konsentratsiyaga oʻtkazish.

Gazli suvlarda karbonat angidirid katta bosim yordamida suyuqlikda eritilgan boʻladi, chunki karbonat angidrid gazi suvda yaxshi erimaydi. Bilamizki, bosim ortishi bilan gazlarning suyuqlikda eruvchanligi ortadi. Idish ogʻzi ochilganda suyuqlik yuzasida gazning bosimi kamayadi, shu sababli suyuqlikda erigan karbonat angidirid gazi suyuq fazadan gaz fazaga oʻtadi (gaz bosimini oshirish uchun). Shuning uchun pufakchalar hosil boʻladi! Rasm quyidagi manzildan olingan: Marnav Sharma, CC BY 2.0

Ideal gaz tenglamasi yordamida gazning

M

yoki

\frac{mol}{l}

da ifodalangan konsentratsiyasini parsial bosimga aylantirishimiz mumkin. Molyar konsentratsiya eritmaning har bir litridagi erigan moddaning mollar sonini koʻrsatadi yoki quyidagi ifoda yordamida tushuntirishimiz mumkin

\frac{n}{V}

. Biz

P

\frac{n}{V}

orasidagi bogʻliqlikni hosil qilish uchun ideal gaz tenglamasini oʻzgartirib yozib olamiz:

$\begin{aligned} PV & = nRT Ikki tomonni ham V ga boʻlib yuboramiz. \\ P & = (\frac{n}{V}) RT \end{aligned}$ ‍

Bu bogʻliqlikdan foydalanib

T

temperaturada

K_{c}

K_{p}

ni toʻgʻridan toʻgʻri bir-biriga oʻtkazishmiz mumkin, bu yerda

R

universal gaz doimiysi.

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

Δ n

belgisi muvozanatda turgan reaksiyadagi hosil boʻlgan gazlarning mollari yigʻindisidan reaksiyaga kirishgan gazlarning mollari yigʻindisini ayrilgandagi qiymatni ifodalaydi:

$Δ n = hosil boʻlgan gaz moli - reaksiyaga kirishgan gaz moli$ ‍

Bu tenglama ideal gaz qonunlari,

K_{p}

tenglamasi va parsial bosim asosida keltirib chiqardik. Buning uchun koʻp ham matematik koʻnikma talab etilmaydi!

Eslatib oʻtamiz pastdagi tenglamada,

P_{A}

bu yerda

A

ning parsial bosimini,

[A]

esa

A

ning molyar konsentratsiyasini ifodalaydi.

\begin{aligned} P_{A} & = (\frac{mol(A)}{V}) RT \\ = [A] RT \end{aligned}

K_{p}

tenglamasiga parsial bosimni olib kelib qoʻysak quyidagi ifodani olamiz:

\begin{aligned} K_{p} & = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}} \\ = \frac{([C] RT)^{c} ([D] RT)^{d}}{([A] RT)^{a} ([B] RT)^{b}} \\ = \frac{[C]^{c} (RT)^{c} [D]^{d} (RT)^{d}}{[A]^{a} (RT)^{a} [B]^{b} (RT)^{b}} \end{aligned}

Molyar konsentratsiyalar va

RT

larni alohida-alohida yozib olsak, ifoda ancha soddalashadi:

K_{p} = \underset{⏟}{\frac{[C]^{c} [D]^{d}}{[A]^{a} [B]^{b}}} \cdot \frac{(RT)^{c} (RT)^{d}}{(RT)^{b} (RT)^{a}}

K_{c}

Yaxshilab qaraylikchi, birinchi qism tanish koʻrinmoqda, toʻgʻrimi?? Ikkinchi qismdagi

RT

larning darajalarini qoida boʻyicha soddalashtirsak quyidagi ifoda hosil boʻladi:

\begin{aligned} K_{p} & = K_{c} (RT)^{(c + d) - (a + b)} \\ = K_{c} (RT)^{gaz mahsulot moli - gaz reagent moli} \\ = K_{c} (RT)^{Δ n} \end{aligned}

Bu formuladagi

Δ n

quyidagicha aniqlanadi:

Δ n = hosil boʻlgan gazlar moli - reaksiyaga kirishgan gazlar moli

Keling, bu tenglamalani aniq misollarda foydalanib koʻrib chiqamiz!!!

1-masala: parsial bosimdan $K_{p}$ ‍ ni aniqlash

Keling, quyidagi gaz fazadagi reaksiyadan

K_{p}

ni aniqlashga harakat qilib koʻramiz:

$2 N_{2} O_{5} (g) ⇋ O_{2} (g) + 4 {NO}_{2} (g)$ ‍

Muvozanat turgan reaksiyaning har bir ishtirokchisi uchun maʼlum bir

T

temperaturadagi parsial bosimlarini bilamiz:

\begin{aligned} P_{N_{2} O_{5}} & = 2, 00 atm \\ P_{O_{2}} & = 0, 296 atm \\ P_{{NO}_{2}} & = 1, 70 atm \end{aligned}

Bu reaksiya uchun $T$ ‍ temperaturadagi $K_{p}$ ‍ ning qiymati nechaga teng?

Dastlab

K_{p}

ni ifodalovchi muvozanat tenglamasini yozib olamiz:

$K_{p} = \frac{(P_{O_{2}}) (P_{{NO}_{2}})^{4}}{(P_{N_{2} O_{5}})^{2}}$ ‍

Muvozanat tenglamasiga muvozanatdagi parsial bosim qiymatlarini kiritib

K_{p}

ni hisoblaymiz:

$K_{p} = \frac{(0,296) (1, 70)^{4}}{(2, 00)^{2}} = 0,618$ ‍

2-masala: $K_{c}$ ‍ dan $K_{p}$ ‍ ni topish

Keling, endi boshqa qaytar reaksiyalarni koʻrib chiqamiz:

$N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⇋ 2 {NH}_{3} (g)$ ‍

Shu reaksiya uchun $400 K$ ‍ da $K_{c}$ ‍ ning qiymati $4, 5 \times 10^{4}$ ‍ ga teng boʻlsa, ayni shu temperaturadagi $K_{p}$ ‍ ning qiymati nechaga teng?

K_{p}

ni hisoblashda universal gaz doimiysining bar birlikdagi qiymatidan foydalaning.

Bu masalani yechish uchun ikki muvozanat doimiysi orasidagi bogʻlanishdan foydalanamiz:

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

Δ n

ni qiymatini hisobash uchun reaksiyaning mahsulotlar tomonidagi gazlar moli yigʻindisidan reagentlar tomondagi gazlar moli yigʻindisini ayirib tashlaymiz:

$\begin{aligned} Δ n & = hosil boʻlgan gazlar moli - reaksiyaga kirishgan gazlar moli \\ = 2 {mol NH}_{3} - (1 {mol N}_{2} + 3 {mol H}_{2}) \\ = - 2 mol gaz \end{aligned}$ ‍

Endi

K_{p}

ni hisoblash uchun

K_{c}

T

Δ n

ning qiymatlarini formulaga qoʻyamiz.

K_{p}

ning qiymatini bar da yoki atm da hisoblay olamiz. Bu

R

ning qiymatiga bogʻliq.

K_{p}

ning parsial bosim birligi bar boʻlgandagi qiymatini aniqlash uchun

R = 0, 08314 \frac{l \cdot bar}{K \cdot mol}

qiymatidan foydalanamiz.

\begin{aligned} K_{p} & = K_{c} (RT)^{Δ n} \\ = (4, 5 \times 10^{4}) (R \cdot 400)^{- 2} \\ = (4, 5 \times 10^{4}) (0, 08314 \cdot 400)^{- 2} \\ = 41 \end{aligned}

Yoddan chiqarmang, agar parsial bosim birligi atm da boʻlganida,

K_{p}

ning qiymati boshqacha qiymatda chiqar edi.

3-masala: umumiy bosimdan $K_{p}$ ‍ ni aniqlash

Keling, oxirida suvning parchalanish reaksiyasining muvozanat holatini koʻrib chiqaylik.

$2 H_{2} O (l) ⇋ 2 H_{2} (g) + O_{2} (g)$ ‍

Reaksiya boshlanishida dastlab kislorod va vodorod sistemada yoʻq boʻlgan. Muvozanat qaror topganda umumiy bosim 2,10 atm gacha ortdi.

Shu maʼlumotlar asosida suvning parchalanish reaksiyasi uchun $K_{p}$ ‍ qiymatini hisoblang.

Bu masalani yechish uchun parsial bosim qiymatlarini DSM jadval orqali ifodalash tushunarli boʻladi.

Muvozanatga doir masalarni yechishda konsentratsiya haqidagi maʼlumotlarni xayolan tasavvur qilish uchun DSM jadvaldan foydalaniladi. DSM jadvaldagi atamalar quyidagi maʼnolarni anglatadi: dastlabki-reaksiya boshlanishidan oldingi konsentratsiya; Sarflangan-reaksiya natijasida sarflangan reagent konsentratsiyasi; Muvozanat-reaksiya muvozanat holatida turgandagi konsentratsiya.

DSM jadvalni bizga maʼlum konsentratsiyalar bilan toʻldiramiz. Nomaʼlum konsentratsiyalarni oʻrnini esa

x

kabi belgilab toʻldiramiz. DSM jadval va muvozanat tenglamasi yordamida

x

qiymatini hisoblab topa olamiz va natijada bizga kerakli boʻlgan nomaʼlum konsentratsiyani, yaʼni dastlabki, sarflangan yoki muvozanat konsentratsiyani aniqlay olamiz.

Yoddan chiqarmang!

K_{p}

ni hisoblashda toza suyuqliklar, yaʼni erituvchilar ishtirok etmaydi, chunki reaksiya davomida ularning konsentratsiyasi oʻzgarishi reaksiya tezligiga taʼsir koʻrsatmaydi; jadvalda faqat gaz moddalar parsial bosimi haqida maʼlumotlar yoziladi. Bizda reaksiya boshlanishidan oldin vodorod va kislorod sitemada boʻlmagani uchun jadvalning birinchi qatoriga, yaʼni dastlabki bosimga 0 yozamiz.

Tenglama	$2 H_{2} O (l) ⇋$ ‍	$2 H_{2} (g)$ ‍	$O_{2} (g)$ ‍
Dastlabki	N/A	$0 atm$ ‍	$0 atm$ ‍
Sarflangan	N/A	$+ 2 x$ ‍	$+ x$ ‍
Muvozanat	N/A	$2 x$ ‍	$x$ ‍

Endi reaksiya muvozanatga kelgunicha parsial bosimlar qanday oʻzgarganini koʻrib chiqamiz. Kislorod reaksiya boshlanishidan oldin yoʻq edi. Kislorodning muvozanat qaror topishi uchun hosil boʻlgan parsial bosimini

P_{O_{2}}

x

deb belgilab olsak, stexiometrik koeffitsiyentlar asosida

P_{H_{2}}

2 x

boʻladi. Chunki reaksiyadan koʻrinib turibdiki, 1 mol kislorod hosil boʻlganda 2 mol vodorod hosil boʻladi. Jadvaldagi 3-qator moddalarning muvozanat holatdagi bosimlarini ifodalaydi.

Shu holatda

x

ni topish uchun bizga Dalton qonuni yordam beradi. Dalton qonunidan bilamizki, sistemaning umumiy bosimi (

P_{umumiy}

) sistemaning har bir kompanenti parsial bosimlari yigʻindisiga teng:

$P_{umumiy} = P_{A} + P_{B} + P_{C} + …$ ‍

Bizning sistema uchun umumiy bosim quyidagicha topiladi:

$\begin{aligned} P_{umumiy} & = P_{H_{2}} + P_{O_{2}} \\ = 2 x + x \\ = 3 x \end{aligned}$ ‍

Umumiy bosim 2,10 atm ekanini bilgan holda

x

ni topamiz:

$\begin{aligned} P_{umumiy} & = 2, 10 atm = 3 x \\ x & = 0, 70 atm \end{aligned}$ ‍

x

ning qiymati 0,70 atm ga tengligini aniqlab olganimizdan soʻng, kislorod va vodorodlarning muvozanat holatdagi parsial bosimlarini topamiz va jadvalning 3-qatorini toʻldiramiz:

$P_{H_{2}} = 2 x = 1, 40 atm$ ‍

$P_{O_{2}} = x = 0, 70 atm$ ‍

Endi aniqlagan maʼlumotlarimizni muvozanat tenglamasiga qoʻyib

K_{p}

ni aniqlaymiz:

\begin{aligned} K_{p} & = (P_{H_{2}})^{2} \cdot P_{O_{2}} \\ = (1, 40)^{2} \cdot (0, 70) \\ = 1, 37 \end{aligned}

Xulosa

$K_{p}$ ‍ (muvozanat doimiysi) reaksiya mahsulotlari va reagentlarning muvozanat holatdagi parsial bosimlari nisbatini ifodalaydi.
Quyidagi reaksiya gaz fazadagi reaksiya, yaʼni faqat gazlar ishtirok etgan: $aA (g) + bB (g) ⇋ cC (g) + dD (g)$ ‍ bu reaksiya uchun $K_{p}$ ‍ tenglamasini yozamiz:

$K_{p} = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}}$ ‍

Parsial bosim orqali topilgan muvozanat doimiysi - $K_{p}$ ‍ molyar konsentratsiya orqali topilgan muvozanat doimiysi - $K_{c}$ ‍ bilan quyidagicha bogʻlangan:

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

bu yerda $Δ n$ ‍

$Δ n = hosil boʻlgan gaz moli - reaksiyaga kirishgan gaz moli$ ‍

Mavzuga oid manbalar

Ushbu mavzu quyidagi mavzular bilan uzviy bogʻlangan:

“Muvozanat doimiysi Kp ni parsial bosim orqali hisoblash” quyidagi manbadan olingan: UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0.
"Muvozanat doimiysini gazlarning bosimi orqali ifodalash" quyidagi manbadan olingan: Boundless Chemistry, CC BY-SA 4.0.

Rasm Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0 dan olingan.

Maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasi asosida litsenziyalangan.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.

Kimyo

Course: Kimyo > Unit 12

Asosiy tushunchalar

Kirish: muvozanatning qisqacha taʼrifi va Kc‍

Kp‍ va Kc‍ : konsentratsiya oʻrniga parsial bosimning ishlatilishi

Gaz konsentratsiyasini parsial bosimga oʻtkazish va aksincha, parsial bosimni konsentratsiyaga oʻtkazish.

1-masala: parsial bosimdan Kp‍ ni aniqlash

2-masala: Kc‍ dan Kp‍ ni topish

3-masala: umumiy bosimdan Kp‍ ni aniqlash

Xulosa

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish: muvozanatning qisqacha taʼrifi va $K_{c}$ ‍

$K_{p}$ ‍ va $K_{c}$ ‍: konsentratsiya oʻrniga parsial bosimning ishlatilishi

1-masala: parsial bosimdan $K_{p}$ ‍ ni aniqlash

2-masala: $K_{c}$ ‍ dan $K_{p}$ ‍ ni topish

3-masala: umumiy bosimdan $K_{p}$ ‍ ni aniqlash