קבוע שיווי משקל


קבוע שיווי משקל

למערכת הנמצאת בשיווי משקל ישנו ערך מספרי הקרוי קבוע שיווי משקל Kc (זהו קבוע שיווי משקל על פי ריכוזי החומרים בשיווי משקל' ולכן הסימן c ליד האות K), והוא מבטא את מכפלת ריכוזי התוצרים המחולאת במכפלת ריכוזי המגיבים.
ערך זה הוא מספר קבוע עבור ניסוח תגובה מסוים בטמפרטורה מסויימת.

קבוע-שיווי-משקל-הנוסחה

ראשית נכיר/ניזכר בצורת סימון לריכוז:

אם רושמים [A] = 3M, זה אומר שריכוז של חומר A הוא 3M.
סוגרים מרובעים [ ] מסמנים ריכוז. בעבר סימננו זאת גם באות C.
למשל:

C(A) = 3M

כעת ננסח את הנתונים הנ"ל על-ידי הביטוי של קבוע שיווי משקל Kc עבור תהליכים שונים.

לדוגמה:

נתון התהליך

קבוע-שיווי-משקל-1

רשמו לתהליך את הביטוי לערכו של קבוע שיווי המשקל (Kc).

תשובה:

[B] Kc =
[A]

דוגמה נוספת:

נתון התהליך

קבוע-שיווי-משקל-2

רשמו לתהליך את הביטוי לערכו של קבוע שיווי המשקל (Kc).

תשובה:

[B] Kc =
[A]2

שימו לב ♥, מאחר שלחומר A יש מקדם 2, בביטוי יש חזקה 2 לחומר A.

דוגמה נוספת:

נתון התהליך

קבוע-שיווי-משקל-3

רשמו לתהליך את הביטוי לערכו של קבוע שיווי המשקל (Kc).

תשובה:

[B] × [C]3 Kc =
[A]2

זאת אומרת,

בביטוי של קבוע שיווי המשקל (Kc), כל חומר מועלה בחזקת המקדם שלו לפי ניסוח התגובה.

כעת נבצע חישוב עבור ערכו של קבוע שיווי המשקל בדוגמה פשוטה.
עבור התהליך הזה:
קבוע-שיווי-משקל-4
ידוע שבמצב שיווי משקל

[A] = 2M , [B] = 3M

רשמו ביטוי ל-Kc וחשבו את ערכו.

תשובה:

הביטוי ל-Kc עבור התהליך הוא:

[B]2 Kc =
[A]

וערכו של קבוע שיווי המשקל יהיה:

= 4.5 32 Kc =
2

מהי המשמעות של ערכו של Kc?

קבוע שיווי המשקל מבטא, כאמור, את היחס בין מכפלת ריכוז התוצרים ובין מכפלת ריכוז המגיבים.

ערכו של Kc גבוה יותר ככל שהמונה (שהוא ריכוז התוצרים) גדול יותר, והמכנה (ריכוז המגיבים) קטן יותר. דהיינו, מתקרבים יותר למצב שבו היו מעט מגיבים במערכת והתגובה מתרחשת כמעט בשלמות.

במצב בו ערכו של קבוע שיווי המשקל קטן מאוד (לא שלילי), ריכוז התוצרים (המונה) נמוך וריכוז המגיבים (המכנה) הוא גבוה. הערך קטן ככל שריכוז המגיבים עולה, וזה מקרב אותנו לתהליכים שמתרחשים במידה מעטה וכמעט שאינם יוצאים לפועל.

מה הקשר בין ערכו של קבוע שיווי המשקל לבין ניסוח התגובה?

נתייחס לתהליך הזה הנמצא בשיווי משקל:

קבוע-שיווי-משקל-5

במצב שיווי משקל ידוע ש:

[NO] = 0.1M , [N2O2] = 0.3M

רשמו את הביטוי לקבוע שיווי המשקל עבור התהליך וחשבו את ערכו.

= 30 0.3 = [N2O2] KcI =
0.12 [NO]2


ניתן לנסח את התהליך הנמצא במצב שיווי משקל גם כך:

קבוע-שיווי-משקל-6
רשמו גם לניסוח זה את הביטוי לקבוע שיווי המשקל עבור התהליך וחשבו את ערכו.

= 130 0.12 = [NO]2 KcII =
0.3 [N2O2]

שימו לב ♥ לדברים האלה:

במעבר מניסוח I לניסוח II הפכנו את התהליך.
כבר למדנו שהפיכת ניסוח התהליך, היא בעצם הכפלת התהליך המקורי ב (1-).
ושימו לב: מה יקרה לקבוע אם נעלה את KcI, שערכו 30, בחזקת 1-? נקבל בדיוק את ערכו של KcII שהוא 130 .
עבור אותם הנתונים, ניתן לנסח את התהליך גם באופן הזה:
קבוע-שיווי-משקל-7
רשמו גם לניסוח זה את הביטוי לקבוע שיווי המשקל עבור התהליך וחשבו את ערכו.

= 300.5 0.30.5 = [N2O2]0.5 KcIII =
0.1 [NO]

מה הקשר (בכפל) בין ניסוחים I ו-III?

ניתן לראות שניסוח III הוא ניסוח I כפול 0.5.
ואילו קבוע שיווי המשקל עבור הניסוח ב-III הוא קבוע שיווי המשקל עבור הניסוח ה-I בחזקת 0.5.

ומכאן הכלל:

מה שעושים בכפל לניסוח אחד כדי לעבור לניסוח שני נעשה בפעולת חזקה לערכו של קבוע שיווי המשקל של תהליך אחד, כדי למצוא את ערכו של קבוע שיווי המשקל של התהליך השני.

דוגמה לשאלה בנושא:
עבור התהליך:
קבוע-שיווי-משקל-8
נתון: KcI = 100
מהו קבוע שיווי המשקל עבור התהליך:
קבוע-שיווי-משקל-9

היות שהפכו את התהליך (כפלו ב-1-), נעלה את הקבוע בחזקת 1-.
לכן קבוע שיווי המשקל עבור הניסוח ה- II יהיה:

KcII = 0.01

דוגמה נוספת:
נתון התהליך:
קבוע-שיווי-משקל-10
ידוע ש: KcI = 25
מה יהיה ערכו של קבוע שיווי המשקל עבור הניסוח הבא :
קבוע-שיווי-משקל-11
שימו לב לכך שבמעבר מניסוח I לניסוח II, גם הפכו את התהליך וגם כפלו אותו ב-0.5.
כלומר, בסך הכל כפלו אותו ב- 0.5-, ולכן נעלה את הקבוע בחזקת 0.5- .

KcII = 25-0.5 = 0.2

חישוב ערכו של קבוע שיווי משקל

כעת נראה איך ניתן לחשב את ערכו של קבוע שיווי משקל מתוך נתונים המופיעים בשאלה במספר אופנים: ייצוג גרפי, ערכים בשאלה, חישובי מולים ועוד.

כדי לחשב את ערכו של Kc עלינו לדעת את ריכוזו של כל אחד ממרכיבי המערכת במצב שיווי משקל.

אם יהיו נתונים לנו ערכי הריכוזים במצב שיווי המשקל, נוכל להציבם בביטוי שניסחנו עבור קבוע שיווי המשקל ולקבל את ערכו (את זה עשינו כבר בדוגמאות קודמות).

כעת נראה מספר דוגמאות, הכוללות גם שאלות עם נתונים מספריים או הצגות גרפיות, שמהם נבנה את הטבלה הזאת:

החומרים ריכוז
תוצרים מגיבים
התחלה (M)
שינוי (M)
שיווי משקל (M)

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן