Reaksiya koeffitsiyenti Q

Reaksiya koeffitsiyenti ($Q$‍) reaksiya davom etayotgan ayni bir vaqtdagi mahsulotlar va reagentlarning konsentratsiyalari nisbatini ifodalaydi.

Bizga $\text{aA}+\text{bB}\leftrightharpoons \text{cC}+\text{dD}$‍ qaytar reaksiya berilgan boʻlsin. Bu yerda $\text{a}$‍, $\text{b}$‍, $\text{c}$‍ va $\text{d}$‍ reaksiyani tenglashtiruvchi stexiometrik koeffitsiyentlardir. Bu reaksiya uchun $Q$‍ ni quyidagicha topamiz:

Bu ifoda sizga judayam tanish koʻrinayotgan boʻlishi mumkin, chunki reaksiya koeffitsiyenti ($Q$‍) muvozanat doimiysi ($K$‍) bilan juda ham bir-biriga yaqin tushunchalar. $K$‍ faqat reaksiya muvozanat holatida boʻlgandagina hisoblanadi. Undan farqli ravishda $Q$‍ ni reaksiya muvozanatda boʻlsa ham, boʻlmasa ham hisoblay olamiz.

$Q$‍ qiymatining katta-kichikligi reaksiya olib borilayotgan idishda ayni vaqtda nima borligini koʻrsatadi. Bu nima degani? Keling, kengroq fikrlab koʻramiz. Reaksiya boshlanishidan oldin idishda faqat dastlabki moddalar boʻlgani sababli $C$‍ va $D$‍ moddalarning konsentratsiyalari $[\text{C}]=[\text{D}]=0$‍ ga teng edi. Shuning uchun $Q=0$‍ ga teng. Reaksion idish faqat mahsulotlardan iborat boʻlganda esa $A$‍ va $B$‍ moddalarning konsentratsiyalari $[\text{A}]=[\text{B}]=0$‍ ga teng. Natijada tenglamaning maxraji 0 ga teng boʻlishi sababli $Q$‍ cheksiz katta qiymatga ega boʻladi. Koʻpchilik reaksiyalar oxirigacha ketmaydi, shu sababli reaksion idishda mahsulot va reagentlar aralashmasi boʻladi. Bunday vaziyatlarda $Q$‍ ning qiymati katta boʻlishi reaksion idishda mahsulotlarning koʻpligini, $Q$‍ ning qiymati kichik boʻlishi reaksion idishda reagentlarning miqdori koʻpligini bildirib turadi.

Berilgan reaksiya uchun $Q$‍ va $K$‍ ni solishtirish muvozanatga erishish uchun reaksiya qanday yoʻnalishda borishi kerakligi haqida maʼlumotni beradi. Buni siz Le Shatelye prinsipi yordamida ham topa olasiz.

Le Shatelye prinsipidan bilamizki, muvozanatda turgan reaksiyaga tashqaridan biror taʼsir koʻrsatilib muvozanat holatdan chiqarilsa, reaksiya muvozanat holatini tiklashga harakat qiladi. $Q$‍ va $K$‍ taqqoslash orqali reaksiya qanday ketayotganini, yaʼni reaksiya mahsulot hosil boʻlishi (toʻgʻri reksiya) yoki reagentlarning hosil boʻlishi (teskari reaksiya ) bilan sodir boʻlayotganini bilishimiz mumkin. Yoki reaksiyada allaqachon muvozanat qaror topganini bilishimiz mumkin.

Koʻrib chiqishimiz uchun 3 ta vaziyat mavjud:

Keling, yuqoridagi $Q$‍ ning tenglamasiga qaytsak. Ifodaning suratida mahsulotlarning konsentratsiyasi yoki parsial bosimi, maxrajida esa reagentlarning konsentratsiyasi yoki parsial bosimi joylashgan. $Q>K$‍ boʻlishi sistemada mahsulotlarning konsentratsiyasi muvozanat holatidagi konsentratsiyasidan koʻra koʻproqligini koʻrsatadi. Shu sababli sistema ortiqcha mahsulotni kamaytirishga harakat qiladi, yaʼni sistema muvozanatga erishish uchun teskari reaksiyani qoʻllab-quvvatlaydi.

Bunday holda mahsulotlarning konsentratsiyasi reagentlarning konsenratsiyasiga nisbati shu reaksiyaning muvozanat holatdagi nisbatidan koʻra kam boʻladi. Yoki boshqacha aytganda, reagentlarning konsentratsiyasi muvozanat holatidagi konsentratsiyasidan koʻra koʻproq boʻladi. Demak, mahsulotning konsentratsiyasi kamroqligini oʻzimiz fikrlab topishimiz mumkin. Shu sababli sistema ortiqcha reagentni kamaytirishga harakat qiladi, yaʼni sistema muvozanatga erishish uchun koʻproq mahsulot hosil qilishga harakat qiladi va toʻgʻri reaksiyani qoʻllab-quvvatlaydi.

Uraa! Reaksiyada allaqachon muvozanat qaror topgan! Tashqi taʼsir boʻlmasa, moddalarning konsentratsiyalari oʻzgarmaydi, chunki toʻgʻri reaksiyaning tezligi teskari reaksiyaning tezligiga teng.

Bizga maʼlumki, $Q$‍ ning qiymati noldan boshlab (faqat reagent boʻlganda) cheksiz katta qiymatgacha (faqat mahsulotlar boʻlganda) ortishi mumkin. Biz bilamizki, reaksiya jarayonida moddalar konsentratsiyalari muvozanat qaror topishiga intiladi, agar allaqachon muvozanat holatida boʻlmasa. Ushbu jarayonni tushuntirish uchun $Q$‍ ning qabul qilishi mumkin boʻlgan barcha qiymatlarini qoʻyib toʻgʻri chiziq oʻtkazamiz:

Hisoblashlarni osonlashtirish uchun chiziqni 3 ta sohaga boʻlamiz. $Q$‍ ning qiymati ${10}^{-3}$‍ dan kichik soha. Bunda reaksion muhitda reagentlarning miqdori koʻp boʻladi. $Q$‍ ning qiymati ${10}^{-3}$‍ va ${10}^3$‍ larning orasida boʻlgan soha. Bunda reaksion muhitda ham reagentlarning, ham mahsulotlarning miqdori sezilarli darajada boʻladi. Va nihoyat, $Q$‍ ning qiymati ${10}^3$‍ dan katta boʻlgan holatda reaksion idishda asosan mahsulotlar boʻladi.

Agar biz $K$‍ va $Q$‍ ni sonlar oʻqi atrofida joylashtirsak, $Q$‍ dan $K$‍ ga boʻlgan yoʻnalishdan reaksiya qay darajada muvozanat holatiga intilayotganini koʻrishimiz mumkin. Agar biz reaksiyani oʻng tomon, yaʼni reaksiya mahsulotlari hosil boʻlishi bilan boradigan tomonga siljitsak, dastlabki reagentlar konsentratsiyasi oshiriladi. Agar reaksiya chap tomon, dastlabki mahsulotlar hosil boʻlishi tomonga siljitsak, teskari yoʻnalishdagi reaksiyaga taʼsir koʻrsatishimiz kerak.

Berilgan konsentratsiyalar asosida $Q$‍ ni aniqlang.
Agar $K=1,0$‍ ga teng boʻlsa, aniqlagan $Q$‍ qiymatida muhit qaysi reaksiyani qoʻllab-quvvatlaydi, toʻgʻri reaksiyanimi yoki teskarimi?

Reaksiya uchun $Q$‍ ni topish tenglamasini yozamiz va unga berilgan konsentratsiyalarni qoʻyib, $Q$‍ ni aniqlaymiz.

Agar $Q$‍ ni $K$‍ bilan taqqoslasak, $Q>K$‍ ekani koʻrishimiz mumkin. Bu bizga muvozanat holat bilan solishtirganda ortiqcha mahsulotga ega ekanimizni va shuning uchun muhit teskari reaksiyani quvvatlashini koʻrsatadi.

$Q$‍ va $K$‍ ning qiymatini son oʻqiga joylashtirsak, quyidagi natijani olamiz:

Koʻrishimiz mumkinki, $Q$‍ ning qiymati mahsulotlar koʻp boʻlgan sohada, yaʼni $K$‍ ning oʻng tomonida turibdi. Muvozanat qaror topishi uchun $Q$‍ ning qiymati $K$‍ ga teng boʻlishi kerak, shu sababli $Q$‍ dan $K$‍ ga qaratib oʻq oʻtkazamiz. Ushbu oʻq $Q$‍ dan boshlanadi va $K$‍ tomon yoʻnaladi va u reaktivlar sohasiga ishora qiladi. Bu bizga koʻproq reaktivlar hosil qilish va ortiqcha mahsulotlarni sarf qilish uchun reaksiyamiz teskari reaksiyani qoʻllab-quvvatlashini koʻrsatadi.

Koʻrib turganingizdek, ikkala usul ham bir xil natijani beradi, shuning uchun usullarning qaysi biri sizga mos kelsa, shuni tanlashingiz mumkin!

Reaksiya koeffitsiyenti ($Q$‍) va muvozanat doimiysi ($K$‍) ni solishtirib reaksiya muvozanatga qanday yoʻl bilan erishishini aniqlashimiz mumkin. Bundan tashqari, siz kimyoning boshqa mavzulari va tenglamalarida $Q$‍ ni uchratishingiz mumkin, chunki muvozanatda boʻlmagan holatlarda termodinamik miqdorlar doimo qiziq. Koʻproq maʼlumotga ega boʻling!