Asosiy kontent

Course: Kimyo > Unit 12

Lesson 1: Muvozanat konstantasi

Muvozanat doimiysi K

Qaytar reaksiyalar, muvozanat va muvozanat doimiysi K. Muvozanatdagi reaksiyada K qanday hisoblanadi va K ning mahsulot yoki reagent hosil boʻlishiga taʼsiri qanday aniqlanadi.

Asosiy tushunchalar

Bir vaqtning oʻzida bir-biriga teskari ikki yoʻnalishda (ham oldinga, ham orqaga) boradigan reaksiyalar qaytar reaksiyalar deyiladi. Bunda oldinga boradigan reaksiya – toʻgʻri reaksiya, orqaga ketadigan reaksiya esa teskari reaksiya hisoblanadi.
Toʻgʻri reaksiya tezligi teskari reaksiya tezligiga teng boʻlgan holat kimyoviy muvozanat deyiladi. Kimyoviy muvozanatda turgan sistemada barcha reagentlar va reaksiya mahsulotlarining konsentratsiyasi oʻzgarmas boʻladi.
$aA + bB ⇋ cC + dD$ ‍ reaksiya berilgan. Kimyoviy muvozanat $K_{c}$ ‍ (shuningdek, $K$ ‍ yoki $K_{M)}$ ‍ harflari bilan belgilanadi. Yuqoridagi reaksiya uchun kimyoviy muvozanat konstantasi quyidagicha ifodalanadi:

$K_{c} = \frac{[{C]}^{c} {[D]}^{d}}{[A]^{a} [B]^{b}}$ ‍

Muvozatda qaror topmagan reaksiyalarda reaksiya koeffitsiyenti $(Q)$ ‍ nomli tushuncha bor. Reaksiya koeffitsiyenti $K_{c}$ ‍ kabi kattalik boʻlib, muvozanat qaror topganda reaksiya koeffitsiyenti $(Q)$ ‍ muvozanat doimiysi $K_{c}$ ‍ ga teng boʻladi.
$K_{c}$ ‍ va $Q$ ‍ muvozanat qaror topgan reaksiyalar komponentlarining konsentratsiyalarini aniqlashda, shuningdek, reaksiya mahsulotlari va reagentlarining reaksiya moyilligini baholashda ishlatiladi.

Kirish: qaytar reaksiyalar va kimyoviy muvozanat

Qaytar reaksiyalarda bir vaqtning oʻzida ham toʻgʻri reaksiya, ham teskari reaksiya ketishi mumkin. Koʻpchilik reaksiyalar nazariy jihatdan qaytar reaksiyalar hisoblanadi. Baʼzi reaksiyalar esa reaksiya mahsuloti va reagenti xossalariga koʻra orqaga qaytmaydi, yaʼni qaytmas reaksiyalar hisoblanadi. Qaytar reaksiyalarni tenglashtirishda 2 ta qarama-qarshi yarim yoy (

⇋

) belgisidan foydalanamiz. Bu belgi bizga reaksiya ham mahsulot tomonga (toʻgʻri reaksiya), ham chap tomonga (teskari reaksiya) ketishi mumkinligini koʻrsatadi. Qaytar reaksiyani azot tetraoskiddan (

N_{2} O_{4}

) azot dioksidi (

{NO}_{2}

) hosil boʻlishi misolida koʻrib chiqamiz:

$N_{2} O_{4} (g) ⇋ 2 {NO}_{2} (g)$ ‍

Tasavvur qiling, rangsiz gaz boʻlgan

N_{2} O_{4} (g)

moddasidan maʼlum miqdorini ogʻzi yopiq shisha idishga xona temperaturasida joylashtirildi. Soʻngra uni kuzatsak, maʼlum vaqtdan soʻng shisha idishdagi gaz rangi oʻzgarib sargʻish rangga kiradi va yana vaqt oʻtgan sari rangi toʻqlashib boradi. Ushbu jarayonda

{NO}_{2}

N_{2} O_{4}

konsentratsiyalarining oʻzgarishini quyidagi grafik orqali koʻrishingiz mumkin.

${NO}_{2}$ ‍ va $N_{2} O_{4}$ ‍ ning bir-biriga aylanish reaksiyasining konsentratsiya va vaqtga bogʻliqlik grafigi. Punktir chiziq bilan koʻrsatilgan soha 2 ta moddaning ham konsentratsiyasi oʻzgarmas va reaksiyada muvozanat qaror topgan sohadir. Rasm Graph modified OpenStax Chemistryʼdan olingan, CC BY 4.0.

Dastlab idishda faqat

N_{2} O_{4}

bor edi va

{NO}_{2}

ning konsentratsiyasi 0 M ga teng edi (yaʼni idishda

{NO}_{2}

yoʻq).

N_{2} O_{4}

gazi

{NO}_{2}

ga aylanib borgan sari

N_{2} O_{4}

ning konsentratsiyasi kamayib boradi va aksincha

{NO}_{2}

ning konsentratsiyasi oshib boradi. Buni grafikda ham koʻrishimiz mumkin. Qizil chiziq

{NO}_{2}

ning konsentratsiyasini ifodalaydi. Qizil chiziq pastdan koʻtarilib maʼlum nuqtaga yetganda toʻxtaydi va doimiy holatga keladi. Koʻk chiziq esa

N_{2} O_{4}

ning konsentratsiya oʻzgarishini ifodalaydi. Koʻrib turganingidek, koʻk chiziq borgan sari pasayib maʼlum nuqtaga yetganda doimiy holatga oʻtadi.

{NO}_{2}

N_{2} O_{4}

larning konsentratsiyalari oʻzgarmas holatga kelganda reaksiyada muvozanat qaror topadi.

Barcha muvozanatda turgan reaksiyalarda ham toʻgʻri reaksiya, ham teskari reaksiya bir xil tezlikda sodir boʻladi. Toʻgʻri va teskari reaksiya tezliklari bir xil boʻlgani sababli reaktivlar va mahsulotlar konsentratsiyasi doimiydir. Unutmang!!! Muvozanat qaror topganda reaksiyalar toʻxtamaydi, balki davom etib turadi. Bunda qancha reagent reaksiyaga kirishsa, shuncha reagent hosil boʻladi (teskari reaksiya hisobiga!). Shuning uchun kimyoviy muvozanat dinamik muvozanat (harakatdagi muvozanat) deb ham ataladi.

Muvozanatda turgan reaksiyaning barcha komponentlarining muvozanat konsentratsiyalaridan foydalanib muvozanat doimiysi (

K_{c}

) ini aniqlay olamiz.

K_{c}

baʼzan

K_{M}

yoki

K

kabi yoziladi. Indeksdagi

c

konsentratsiyani ifodalaydi, chunki muvozanat doimiysi topilishida muvozanatda turgan reaksiyaning komponentlarining aniq bir temperaturadagi molyar konsentratsiyasi (

\frac{mol}{l}

) dan foydalaniladi. Muvozanat doimiysi muvozanatdagi reaksiyaning reagentlari va mahsulotlarining konsentratsiyalari nisbatini ifodalaydi. Yaʼni bu nisbat bizga reaksiya olib boriladigan idishda mahsulotlar yoki reagentlar miqdori bir-biriga nisbatan koʻpligini koʻrsatib beradi. Shuningdek, muvozanat doimiysi (

K_{c}

) dan sistema muvozanatga kelgan-kelmaganini aniqlashda ham foydalaniladi.

$K_{c}$ ‍ qanday hisoblanadi?

Quyida muvozanatda turgan qaytar reaksiya berilgan:

$aA + bB ⇋ cC + dD$ ‍

Agar reaksiyada qatnashuvchi har bir moddaning molyar konsentratsiyasini bilsak, quyidagi bogʻliqlik orqali

K_{c}

ni qiymatini topa olamiz.

$K_{c} = \frac{[{C]}^{c} {[D]}^{d}}{[A]^{a} [B]^{b}}$ ‍

Bu yerda

[C]

[D]

reaksiya mahsulotlarining muvozanat konsentratsiyasi;

[A]

[B]

reagentlarning muvozanat konsentratsiyasi;

a

b

c

d

lar esa reaksiyani tenglashtiruvchi stexiometrik koeffitsiyentlardir. Odatda molyar konsentratsiyadan foydalaniladi. Molyar konsentratsiyaning birligi

\frac{mol}{l}

dir.

Azot tetraoksid azot dioksid bilan muvozanatda turibdi. Azot tetraoksid rangsiz suyuqlik yoki gaz, azot dioksid esa qoʻngʻir rangli gaz. Muvozanat doimiysi va muvozanat konsentratsiyalari temperaturaga bogʻliq! Ampulalarning temperaturalari (chapdan oʻngga): -196 $^{\circ}$ ‍C, 0 $^{\circ}$ ‍C, 23 $^{\circ}$ ‍C, 35 $^{\circ}$ ‍C va 50 $^{\circ}$ ‍C. Rasm Wikimedia Commonsʼdan olingan, muallif: Eframgoldberg, CC BY-SA 3.0.

K_{c}

ni hisoblayotganda quyidagi muhim qoidalarni esda saqlash talab etiladi:

$K_{c}$ ‍ maʼlum bir reaksiya uchun faqat ayni bir temperaturadagina oʻzgarmasdir. Temperatura oʻzgarsa, $K_{c}$ ‍ ham boshqa qiymatga oʻzgaradi.
Qattiq moddalar va erituvchilar qatoriga kiruvchi moddalar muvozanat tenglamasida ifodalanmaydi.
$K_{c}$ ‍ darsliklarda odatda birliksiz holatda ishlatiladi.
$K_{c}$ ‍ ning aniq qiymatini aniqlash uchun muvozanatda turgan reaksiya koeffitsiyentlar yordamida tenglashtirilgan boʻlishi kerak. Bunda koeffitsiyentlar oʻzaro qisqarmaydigan butun sonlar boʻlishi shart.

Eslatma! Agar reagent yoki mahsulotlarning biri gaz holatda boʻlsa (yoki hammasi), biz muvozanat konstantasini gazlarning parsial bosimi orqali ifodalashimiz mumkin. Biz odatda bu qiymatga

K_{p}

deb qaraymiz, muvozanat konsentrarsiyasi orqali ifodalanganda esa

K_{c}

. Bu maqolada biz

K_{c}

ga eʼtibor qaratamiz.

$K_{c}$ ‍ muvozanatda turgan reaksiya haqida qanday maʼlumotlarni beradi?

K_{c}

muvozanatda turgan reaksiya mahsulotlari va reagentlarining konsentratsiyalari haqida bir qancha maʼlumotlar beradi:

Agar $K_{c}$ ‍ ning qiymati juda yuqori ~1000 yoki undan ham koʻp boʻlsa, muvozanatda turgan sistema asosan reaksiya mahsulotlaridan iborat boʻladi. Yaʼni reaksiya yuqori unum bilan sodir boʻlib, reagentlarning deyarli hammasi sarflangan va ularning miqdori juda kam qolgan.
Agar $K_{c}$ ‍ ning qiymati juda kichik, ~0,001 yoki undan ham kam boʻlsa, muvozanatda turgan sistema asosan reagentlardan iborat boʻladi. Yaʼni reaksiya unumi past boʻlib, mahsulot deyarli hosil boʻlmagan.
Agar $K_{c}$ ‍ ning qiymati 0,001 va 1000 oraligʻida boʻlsa, muvozanatda turgan sistemada ham reaksiya mahsulotlari, ham reagentlarning konsentratsiyasi sezilarli darajada boʻladi.
Ushbu qoʻllamadan foydalanib, biz tezda toʻgʻri reaksiyaning ketishi oson, yaʼni mahsulot hosil boʻlishi bilan boradigan reaksiyada $K_{c}$ ‍ juda katta, teskari yoʻnalishda borishi oson boʻlgan, yaʼni boshlangʻich mahsulotlar (reagentlar) hosil boʻlishi bilan boradigan reaksiyalarda $K_{c}$ ‍ juda kichkina yoki oraliq holatda ekanini bilishimiz mumkin.

Misol

1-qism: muvozanat konsentratsiyasidan foydalanib $K_{c}$ ‍ ni hisoblash.

Keling, oltingugurt (IV) oksidi va kisloroddan oltingugurt (VI) oksidi hosil boʻlish reaksiyasining muvozanat holatini koʻrib chiqaylik:

2 {SO}_{2} (g) + O_{2} (g) ⇋ 2 {SO}_{3} (g)

Reaksiya maʼlum bir

T

temperaturada muvozanat holatida boʻladi. Moddalarning muvozanat konsentratsiyasi quyidagicha boʻlsin:

\begin{aligned} [{SO}_{2}] & = 0, 90 M \\ [O_{2}] & = 0, 35 M \\ [{SO}_{3}] & = 1, 1 M \end{aligned}

K_{c}

T

temperatura uchun quyidagi ifoda yordamida hisoblay olamiz:

K_{c} = \frac{[{SO}_{3}]^{2}}{[{SO}_{2}]^{2} [O_{2}]}

Agar ifodaga yuqoridagi konsentratsiya qiymatlarini olib kelib qoʻysak, quyidagi natijani olamiz:

\begin{aligned} K_{c} & = \frac{[{SO}_{3}]^{2}}{[{SO}_{2}]^{2} [O_{2}]} \\ = \frac{[1, 1]^{2}}{[0, 90]^{2} [0, 35]} \\ = 4, 3 \end{aligned}

Ahamiyat bering, biz olgan

K_{c}

ning natijasi 0,001 va 1000 orasida. Shu sababli muvozanatda turgan sistemada ham reaksiya mahsulotlari, ham reagentlarning konsentratsiyasi sezilarli darajada boʻladi.

2-qism: reaksiya koeffitsiyenti ( $Q$ ‍) yordamida muvozanatdagi reaksiyani tekshirish

Demak, biz

T

temperatura uchun muvozanat doimiysini qiymatini bilamiz:

K_{c} = 4.3

. Tasavvur qiling, xuddi shu temperaturada shu reaksiya sodir boʻlayotgan boʻlsin. Oldingisidan farqli ravishda konsentratsiyalar quyidagi qiymatga ega:

\begin{aligned} [{SO}_{2}] & = 3, 6 M \\ [O_{2}] & = 0, 087 M \\ [{SO}_{3}] & = 2, 2 M \end{aligned}

Endi biz bu reaksiyada muvozanat qaror topgan yoki topmaganini bilishni xohlaymiz. Buni qanday aniqlaymiz?! Qachonki reaksiyada muvozanat qaror topganiligini aniq bilmasak, reaksiya koeffitsiyenti (

Q

) ni quyidagicha hisoblaymiz:

Q = \frac{[{SO}_{3}]^{2}}{[{SO}_{2}]^{2} [O_{2}]}

Shu nuqtada eʼtibor bering-a! Bu ifoda koʻzingizga juda tanish tuyulmadimi? Ha, aynan, bu ifoda muvozanat doimiysi ifodasi bilan bir xil. Endi sizda

Q

K_{c}

bir-biridan qanday farq qilishi toʻgʻrisida savol tugʻilgandir-a? Asosiy farq shundaki, biz reaksiya uchun

Q

ni istalgan vaqtda reaksiya muvozanat holatida boʻladimi yoki yoʻqmi hisoblashimiz mumkin, ammo biz muvozanat paytida faqat

K_{c}

ni hisoblashimiz mumkin.

Q

K_{c}

larning qiymatlarini taqqoslab, reaksiya muvozanatda holatida boʻlganini yoki yoʻqligini ayta olamiz, chunki muvozanat holatida

Q = K_{c}

boʻladi.

Yuqoridagi konsentratsiya qiymatlaridan foydalanib

Q

ni hisoblasak, quyidagi natijani olamiz:

\begin{aligned} Q & = \frac{[{SO}_{3}]^{2}}{[{SO}_{2}]^{2} [O_{2}]} \\ = \frac{[2, 2]^{2}}{[3, 6]^{2} [0, 087]} \\ = 4, 3 \end{aligned}

Q

K_{c}

qiymatlari oʻzoro teng. Demak, yangi reaksiya ham muvozanatda ekanini aniqladik. Uraaa!

Qisqa javob

Q

ning qiymati

K_{c}

dan farq qilsa, reaksiya muvozanatda boʻlmaydi!

Toʻliqroq javob
Oʻzgarmas temperaturadagi barcha qaytar reaksiyalar muvozanat holatga kelgunicha moddalarning konsentratsiyalari oʻzgaruvchan boʻladi.

Q

dan foydalanib muvozanat qaror topgunicha reagent va mahsulotlarning konsentratsiyalarini qanday oʻzgarishini taxmin qilishimiz mumkin.

$Q > K_{c}$ ‍ boʻlsa, muvozanat qaror topishi uchun teskari reaksiya sodir boʻlishini, yaʼni mahsulotlardan reagentlar hosil boʻlayotganini bilamiz.
$Q < K_{c}$ ‍ boʻlsa, muvozanat qaror topishi uchun toʻgʻri reaksiya sodir boʻlishini, yaʼni reaksiya, mahsulotlarning hosil boʻlishi bilan borayotganini bilamiz.

Koʻproq maʼlumot olish uchun quyidagi maqolani koʻrib chiqing. Reaksiya koeffitsiyenti (

Q

) haqida maqola.

2-masala: $K_{c}$ ‍ yordamida muvozanat tarkibni aniqlash

Keling,

N_{2}

O_{2}

NO

lardan iborat muvozanatni koʻrib chiqaylik:

N_{2} (g) + O_{2} (g) ⇋ 2 NO (g)

Bu reksiya uchun muvozanat doimiysi tenglamasi quyidagicha yoziladi:

K_{c} = \frac{[NO]^{2}}{[N_{2}] [O_{2}]}

Bizga

T

temperatura uchun shu reaksiyaning muvozanat doimiysi

3, 4 \times 10^{- 21}

ga tengligi maʼlum. Shuningdek, quyidagi konsentratsiyalar ham maʼlum:

[N_{2}] = [O_{2}] = 0, 1 M

$NO (g)$ ‍ ning muvozanat konsentratsiyasini aniqlang.

K_{c}

ning qiymati 0,001 dan kichikligi sababli bu reaksiyada mahsulotga qaraganda reagentlar (

N_{2}

O_{2}

) konsentratsiyasi kattaroqligini ayta olamiz. Shundan kelib chiqib

NO

ning konsentratsiyasi reagentlarnikidan juda pastligini bilib oldik.

N_{2}

O_{2}

muvozanat konsentrastiyasi 0,1 M ga teng va muvozanat doimiysi qiymati aniq.

NO

ning muvozanat konsentratsiyani aniqlash uchun muvozanat doimiysi ifodasini quyidagicha oʻzgartiramiz:

K_{c} = \frac{[NO]^{2}}{[N_{2}] [O_{2}]} tenglamadan [NO] ni tenglikning chap tomoniga oʻtkazamiz.

[NO]^{2} = K [N_{2}] [O_{2}] [NO] ni topish uchun tenglikning ikkala tomonini ildizdan chiqaramiz.

[NO] = \sqrt{K [N_{2}] [O_{2}]}

K_{c}

ni qiymatini va aniq konsenetratsiyalarni tenglamaga olib kelib qoʻysak, quyidagi natijani olamiz:

\begin{aligned} [NO] & = \sqrt{K [N_{2}] [O_{2}]} \\ = \sqrt{K [N_{2}] [O_{2}]} \\ = \sqrt{(3, 4 \times 10^{- 21}) (0, 1) (0, 1)} \\ = 5, 8 \times 10^{- 12} M \end{aligned}

Kutganimizdek,

NO

ning muvozanat konsentratsiyasi (

5, 8 \times 10^{- 12} M

) reagentlarning

[N_{2}]

[O_{2}]

konsentrastiyalaridan ancha kichik.

Xulosa

Agar odamlarning suvga tushish tezligi odamlarning suvdan chiqish tezligiga teng boʻlsa, unda bu holat muvozanatga misol boʻladi! Plyajdagi odamlarning umumiy soni va suvdagi odamlarning umumiy soni doimiy boʻlib qoladi, yaʼni oʻzgarmaydi. Bu degani suvdan sohilga nechta odam chiqsa, xuddi shunday sondagi odam sohildan suvga tushadi. Rasm flickrʼdan olingan, muallif: penreyes, CC BY 2.0

Bir vaqtning oʻzida bir-biriga teskari ikki yoʻnalishda (ham oldinga, ham orqaga) boradigan reaksiyalar qaytar reaksiyalar deyiladi. Bunda oldinga boradigan reaksiya – toʻgʻri reaksiya, orqaga ketadigan reaksiya esa teskari reaksiya hisoblanadi.
Toʻgʻri reaksiya tezligi teskari reaksiya tezligiga teng boʻlgan holat kimyoviy muvozanat deyiladi. Kimyoviy muvozanatda turgan sistemada barcha reagentlar va reaksiya mahsulotlarining konsentratsiyasi oʻzgarmas boʻladi.
$aA + bB ⇋ cC + dD$ ‍ tenglama berilgan. Bu tenglamaning muvozanat doimiysi $K$ ‍ quyidagicha topiladi. Bunda muvozanat doimiysi $K_{M}$ ‍ muvozanatdagi moddalarning molyar konsentratsiyasi yordamida topilyapti, shu sababli $K_{c}$ ‍:

$K_{c} = \frac{[{C]}^{c} {[D]}^{d}}{[A]^{a} [B]^{b}}$ ‍

Muvozatda qaror topmagan reaksiyalarda reaksiya koeffitsiyenti $(Q)$ ‍ nomli tushuncha bor. Reaksiya koeffitsiyenti $K_{c}$ ‍ kabi kattalik boʻlib, muvozanat qaror topganda reaksiya koeffitsiyenti $(Q)$ ‍ muvozanat doimiysi $K_{c}$ ‍ ga teng boʻladi.
Muvozanat holatida turgan reaksiyadagi moddalarning muvozanat konsentratsiyalarini hisoblashda va reaksion muhitda reagentlar yoki mahsulotlar miqdori koʻpligini aniqlashda $K_{c}$ ‍ dan foydalaniladi.

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: qaytar reaksiyalar va kimyoviy muvozanat

Kc‍ qanday hisoblanadi?

Kc‍ muvozanatda turgan reaksiya haqida qanday maʼlumotlarni beradi?

Misol

1-qism: muvozanat konsentratsiyasidan foydalanib Kc‍ ni hisoblash.

2-qism: reaksiya koeffitsiyenti (Q‍ ) yordamida muvozanatdagi reaksiyani tekshirish

2-masala: Kc‍ yordamida muvozanat tarkibni aniqlash

Xulosa

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

$K_{c}$ ‍ qanday hisoblanadi?

$K_{c}$ ‍ muvozanatda turgan reaksiya haqida qanday maʼlumotlarni beradi?

1-qism: muvozanat konsentratsiyasidan foydalanib $K_{c}$ ‍ ni hisoblash.

2-qism: reaksiya koeffitsiyenti ( $Q$ ‍) yordamida muvozanatdagi reaksiyani tekshirish

2-masala: $K_{c}$ ‍ yordamida muvozanat tarkibni aniqlash