ZÁKON O HROMADNOM KONANÍ: PRIHLÁŠKY, PRÍKLADY - CHÉMIA - 2024

Zákon masové akcie stanovuje vzťah medzi aktívnymi hmotnosťou reakčných zložiek a výrobkov, za rovnovážnych podmienok a v homogénnej sústavy (roztoky alebo plynnej fázy). Sformulovali ho nórski vedci CM Guldberg a P. Waage, ktorí uznali, že rovnováha je dynamická a nie statická.

Prečo dynamický? Pretože rýchlosti spätných a spätných reakcií sú rovnaké. Aktívne hmotnosti sa obvykle vyjadrujú mol / l (molárnosť). Takúto reakciu možno napísať takto: aA + bB <=> cC + dD. Pre rovnováhu uvedenú v tomto príklade je vzťah medzi reaktantmi a produktmi ilustrovaný v rovnici na obrázku nižšie.

K je vždy konštantná, bez ohľadu na počiatočné koncentrácie látok, pokiaľ sa teplota nemení. Tu A, B, C a D sú reaktanty a produkty; zatiaľ čo a, b, cad sú ich stechiometrické koeficienty.

Numerická hodnota K je charakteristická konštanta pre každú reakciu pri danej teplote. Takže K sa nazýva rovnovážna konštanta.

Zápis znamená, že v matematickom vyjadrení sa koncentrácie objavujú v jednotkách mol / l, zvýšené na výkon rovný reakčnému koeficientu.

Aký je zákon hromadných akcií?

Ako už bolo uvedené, zákon masového konania vyjadruje, že rýchlosť danej reakcie je priamo úmerná súčinu koncentrácií reaktantových druhov, pričom koncentrácia každého druhu je zvýšená na výkon rovnajúci sa jeho koeficientu. stechiometrické v chemickej rovnici.

V tomto zmysle sa dá lepšie vysvetliť reverzibilnou reakciou, ktorej všeobecná rovnica je zobrazená nižšie:

aA + bB ↔ cC + dD

Ak A a B predstavujú reaktanty a látky s názvom C a D predstavujú produkty reakcie. Podobne hodnoty a, b, cad predstavujú stechiometrické koeficienty A, B, C a D.

Vychádzajúc z predchádzajúcej rovnice sa získa skôr uvedená rovnovážna konštanta, ktorá je znázornená ako:

K = ^{c d} / ^{a b}

Ak je rovnovážna konštanta K rovná koeficientu, v ktorom je čitateľ tvorený násobením koncentrácií výrobkov (v rovnovážnom stave) zvýšeným na ich koeficient v rovnovážnej rovnici a menovateľ pozostáva z podobného násobenia ale medzi reaktantmi povýšenými na koeficient, ktorý ich sprevádza.

Význam rovnovážnej konštanty

Malo by sa poznamenať, že rovnovážne koncentrácie druhov sa musia v rovnici používať na výpočet rovnovážnej konštanty, pokiaľ nedôjde k žiadnym zmenám týchto alebo teploty systému.

Rovnakým spôsobom hodnota rovnovážnej konštanty poskytuje informácie o smere, ktorý je výhodný pri reakcii pri rovnováhe, to znamená, že odhaľuje, či je reakcia priaznivá voči reaktantom alebo produktom.

V prípade, že veľkosť tejto konštanty je oveľa väčšia ako jednota (K »1), rovnováha sa posunie doprava a uprednostňuje výrobky; Zatiaľ čo ak je veľkosť tejto konštanty oveľa menšia ako jednota (K «1), rovnováha sa posunie doľava a uprednostní reaktanty.

Podobne, hoci konvenčne je uvedené, že látky na ľavej strane šípky sú reaktanty a látky na pravej strane sú produkty, môže byť trochu mätúce, že reaktanty, ktoré pochádzajú z reakcie v priamy zmysel sa stávajú produktmi v reakcii opačne a naopak.

Chemická rovnováha

Reakcie často dosahujú rovnováhu medzi množstvom pôvodných látok a množstvami vznikajúcich produktov. Táto rovnováha sa môže posunúť ďalej v prospech zvýšenia alebo zníženia jednej z látok, ktoré sa zúčastňujú na reakcii.

Analogická skutočnosť sa vyskytuje pri disociácii rozpustenej látky: počas reakcie je možné experimentálne pozorovať zmiznutie pôvodných látok a tvorbu produktov s premenlivou rýchlosťou.

Rýchlosť reakcie je vysoko závislá od teploty a do rôznych stupňov od koncentrácie reaktantov. V skutočnosti sú tieto faktory študované najmä chemickou kinetikou.

Táto rovnováha však nie je statická, ale vychádza z koexistencie priamej a nepriamej reakcie.

Pri priamej reakcii (->) sa tvoria produkty, zatiaľ čo pri inverznej reakcii (<-) znovu vznikajú pôvodné látky.

To predstavuje to, čo je známe ako dynamická rovnováha, uvedené vyššie.

Rovnováha v heterogénnych systémoch

V heterogénnych systémoch - to je v tých, ktoré sú tvorené niekoľkými fázami - koncentrácie tuhých látok možno považovať za konštantné, vynechajúc z matematického vyjadrenia pre K.

CaCO ₃ (y) <=> CaO (y) + CO ₂ (g)

V rovnovážnom stave rozkladu uhličitanu vápenatého sa teda jeho koncentrácia a výsledný oxid môžu považovať za konštantné bez ohľadu na jeho hmotnosť.

Posuny rovnováhy

Číselná hodnota rovnovážnej konštanty určuje, či reakcia uprednostňuje tvorbu produktov. Ak je K väčšie ako 1, rovnovážny systém bude mať vyššiu koncentráciu produktov ako reaktantov a ak je K menšie ako 1, nastane opak: v rovnováhe bude vyššia koncentrácia reaktantov ako produktov.

Princíp Le Chatelier

Vplyv zmien koncentrácie, teploty a tlaku môže zmeniť rýchlosť reakcie.

Napríklad, ak sa plynné produkty tvoria v reakcii, zvýšenie tlaku v systéme spôsobí, že reakcia prebieha v opačnom smere (smerom k reaktantom).

Všeobecne sú anorganické reakcie, ktoré prebiehajú medzi iónmi, veľmi rýchle, zatiaľ čo organické reakcie majú oveľa nižšie rýchlosti.

Ak sa pri reakcii vytvára teplo, má zvýšená vonkajšia teplota tendenciu orientovať ho v opačnom smere, pretože spätná reakcia je endotermická (absorbuje teplo).

Podobne, ak je v niektorom z reaktantov v rovnovážnom systéme spôsobený nadbytok, ostatné látky vytvoria produkty, ktoré neutralizujú uvedenú modifikáciu na maximum.

V dôsledku toho sa rovnováha posunie v prospech jednej alebo druhej strany zvýšením rýchlosti reakcie takým spôsobom, že hodnota K zostáva konštantná.

Všetky tieto vonkajšie vplyvy a vyvážená reakcia na ich pôsobenie sú tzv. Le Chatelierov princíp.

aplikácia

Napriek jeho obrovskému užitočnosti, keď bol tento zákon navrhnutý, nemal vo vedeckej komunite požadovaný vplyv alebo relevantnosť.

Od dvadsiateho storočia sa však preslávila vďaka tomu, že ju britskí vedci William Esson a Vernon Harcourt po svojom vyhlásení opäť prevzali.

Zákon o hromadnom konaní v priebehu času podal mnoho žiadostí, z ktorých niektoré sú uvedené nižšie:

• Pretože je formulovaný skôr z hľadiska aktivít ako koncentrácií, je užitočné určiť odchýlky od ideálneho správania reaktantov v roztoku, pokiaľ je to v súlade s termodynamikou.
• Keď sa reakcia blíži k rovnováhe, dá sa predpovedať vzťah medzi čistou rýchlosťou reakcie a okamžitou Gibbsovou voľnou energiou reakcie.
• V kombinácii s podrobným princípom rovnováhy tento zákon vo všeobecnosti stanovuje výsledné hodnoty, podľa termodynamiky, aktivít a konštanty v rovnovážnom stave, ako aj vzťah medzi týmito a výslednými rýchlostnými konštantami reakcie vpred a vzad.
• Ak sú reakcie elementárneho typu, uplatnením tohto zákona sa získa vhodná rovnovážna rovnica pre danú chemickú reakciu a vyjadrenie jej rýchlosti.

Príklady zákona o hromadnom konaní

- Pri štúdiu ireverzibilnej reakcie medzi iónmi nájdenými v roztoku vedie všeobecné vyjadrenie tohto zákona k formulácii Brönsted-Bjerrum, ktorá určuje vzťah medzi iónovou silou druhu a rýchlostnou konštantou. ,

- Pri analýze reakcií, ktoré sa vykonávajú v zriedených ideálnych roztokoch alebo v stave plynnej agregácie, sa získa všeobecné vyjadrenie pôvodného zákona (desaťročie 80. rokov).

- Keďže má univerzálne vlastnosti, môže sa všeobecné vyjadrenie tohto zákona použiť ako súčasť kinetiky namiesto toho, aby sa považovalo za súčasť termodynamiky.

- Pri použití v elektronike sa tento zákon používa na určenie toho, že násobenie hustôt dier a elektrónov daného povrchu má v rovnovážnom stave konštantnú veľkosť, a to aj nezávisle od dopingu dodávaného do materiálu. ,

- Použitie tohto zákona na opis dynamiky medzi predátormi a korisťou je všeobecne známe za predpokladu, že predátorský vzťah na koristi predstavuje určitú časť vzťahu medzi dravcami a obeťou koristi.

- V oblasti štúdií o zdraví je možné tento zákon dokonca použiť na opis určitých faktorov ľudského správania z politického a sociálneho hľadiska.

Zákon o masovom pôsobení vo farmakológii

Za predpokladu, že D je liečivo a R je receptor, na ktorý pôsobí, obidve reagujú za vzniku komplexu DR zodpovedného za farmakologický účinok:

K = /

K je disociačná konštanta. Existuje priama reakcia, pri ktorej liečivo pôsobí na receptor, a ďalšia reakcia, pri ktorej sa komplex DR disociuje na pôvodné zlúčeniny. Každá reakcia má svoju vlastnú rýchlosť, vyrovnávajúc sa iba v rovnováhe, pričom K. je spokojná.

Interpretácia masového zákona do písmena znamená, že čím vyššia je koncentrácia D, tým vyššia je koncentrácia komplexu DR.

Avšak celkové prijímače Rt majú fyzický limit, takže neexistuje neobmedzené množstvo R pre všetky dostupné D. Experimentálne štúdie v oblasti farmakológie tiež zistili nasledujúce obmedzenia týkajúce sa masového práva v tejto oblasti:

- Predpokladá sa, že spojenie RD je reverzibilné, keď vo väčšine prípadov to tak nie je.

- RD väzba môže štrukturálne zmeniť jednu z týchto dvoch zložiek (liečivo alebo receptor), čo je okolnosť, ktorá sa podľa hmotnostného práva nepovažuje.

- Masové právo ďalej čelí reakciám, keď viacerí sprostredkovatelia zasahujú do vytvárania RD.

obmedzenia

Zákon hromadného konania predpokladá, že každá chemická reakcia je elementárna; inými slovami, že molekularita je rovnaká ako príslušné poradie reakcií pre každý zúčastnený druh.

Stechiometrické koeficienty a, b, c a d sa tu považujú za počet molekúl zapojených do mechanizmu reakcie. V globálnej reakcii však tieto nemusia nevyhnutne zodpovedať vašej objednávke.

Napríklad pre reakciu aA + bB <=> cC + dD:

Rýchlostný výraz pre priame a inverzné reakcie sú:

Platí to iba pre elementárne reakcie, pretože v prípade globálnych reakcií, aj keď sú stechiometrické koeficienty správne, nie vždy sú to reakčné poriadky. V prípade priamej reakcie môže ísť o:

V tomto vyjadrení by w a z boli skutočnými reakčnými poriadkami pre druhy A a B.

Referencie

1. Jeffrey Aronson. (2015, 19. novembra). Zákony života: Guldberg a Waageov zákon masovej akcie. Získané 10. mája 2018 z: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Zákon o hromadnom konaní. Zdroj: 10. mája 2018, z: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Zákon o masovom konaní a konštantnej rovnováhe. Zdroj: 10. mája 2018, z: askiitians.com
4. Encyklopédia vied Salvat. (1968). Chémia. Zväzok 9, Salvat SA vydaní Pamplona, ​​Španielsko. P 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Fyzikálna chémia. V termodynamike a chemickej rovnováhe. (Štvrté vydanie). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev. (2018). Zákon o masovom pôsobení vo farmakodynamike. Citované z 10. mája 2018, z: derangedphysiology.com