legea acțiunii în masă stabilește relația dintre masele active ale reactanților și cea a produselor, în condiții de echilibru și în sisteme omogene (soluții sau faze gazoase). A fost formulată de oamenii de știință norvegieni C.M. Guldberg și P. Waage, care au recunoscut că echilibrul este dinamic și nu static.
De ce dinamic? Deoarece ratele reacțiilor înainte și inversă sunt egale. Masele active sunt de obicei exprimate mol / L (molaritate). O astfel de reacție poate fi scrisă astfel: aA + bB <=> cC + dD. Pentru echilibrul menționat în acest exemplu, relația dintre reactanți și produse este ilustrată în ecuația din imaginea de mai jos.
K este întotdeauna constantă, indiferent de concentrațiile inițiale ale substanțelor, atâta timp cât temperatura nu variază. Aici A, B, C și D sunt reactanții și produsele; în timp ce a, b, c și d sunt coeficienții lor stoichiometrici.
Valoarea numerică a lui K este o constantă caracteristică pentru fiecare reacție la o temperatură dată. Apoi, K este ceea ce se numește constanta de echilibru.
Notarea [] înseamnă că în expresia matematică concentrațiile apar în unități de mol / L, crescute la o putere egală cu coeficientul de reacție.
Indice articol
După cum s-a menționat anterior, legea acțiunii în masă exprimă faptul că viteza unei reacții date este direct proporțională cu produsul concentrațiilor speciei reactante, unde concentrația fiecărei specii este ridicată la o putere egală cu coeficientul său stoichiometric ecuaţie.
În acest sens, poate fi explicat mai bine prin a avea o reacție reversibilă, a cărei ecuație generală este ilustrată mai jos:
aA + bB ↔ cC + dD
Unde A și B reprezintă reactanții și substanțele denumite C și D reprezintă produsele reacției. De asemenea, valorile a, b, c și d reprezintă coeficienții stoichiometrici ai lui A, B, C și respectiv D..
Pornind de la ecuația anterioară, se obține constanta de echilibru menționată anterior, care este ilustrată ca:
K = [C]c[D]d/[LA]la[B]b
Unde constanta de echilibru K este egală cu un coeficient, în care numărătorul este alcătuit din înmulțirea concentrațiilor produselor (în stare de echilibru) ridicate la coeficientul lor în ecuația echilibrată și numitorul constă dintr-o înmulțire similară, dar între reactanții ridicați la coeficientul care îi însoțește.
Trebuie remarcat faptul că, în ecuația pentru calcularea constantei de echilibru, trebuie utilizate concentrațiile speciilor în echilibru, atâta timp cât nu există modificări la acestea sau la temperatura sistemului..
În același mod, valoarea constantei de echilibru oferă informații despre direcția favorizată într-o reacție la echilibru, adică dezvăluie dacă reacția este favorabilă față de reactanți sau produse..
Dacă magnitudinea acestei constante este mult mai mare decât unitatea (K "1), echilibrul se va deplasa spre dreapta și va favoriza produsele; în timp ce dacă magnitudinea acestei constante este mult mai mică decât unitatea (K" 1), echilibrul va să fie înclinat spre stânga și va favoriza reactanții.
De asemenea, deși, prin convenție, este indicat faptul că substanțele din partea stângă a săgeții sunt reactanții și cele din partea dreaptă sunt produsele, faptul că reactanții care provin din reacție în sens direct devin produsii din reacție în sens invers și invers.
Reacțiile ajung adesea la un echilibru între cantitățile de substanțe de pornire și cele ale produselor care se formează. Acest echilibru se poate deplasa suplimentar favorizând creșterea sau scăderea uneia dintre substanțele care participă la reacție..
Un fapt analog apare în disocierea unei substanțe dizolvate: în timpul unei reacții dispariția substanțelor inițiale și formarea produselor pot fi observate experimental cu o viteză variabilă.
Viteza unei reacții este foarte dependentă de temperatură și în grade diferite de concentrația reactanților. De fapt, acești factori sunt studiați în special prin cinetica chimică.
Cu toate acestea, acest echilibru nu este static, ci provine din coexistența unei reacții directe și inverse..
În reacția directă (->) se formează produsele, în timp ce în reacția inversă (<-) estos vuelven a originar las sustancias iniciales.
Cele de mai sus constituie ceea ce este cunoscut sub numele de echilibru dinamic, menționat mai sus..
În sistemele eterogene - adică în cele formate din mai multe faze - concentrațiile solidelor pot fi considerate constante, omițând din expresia matematică pentru K.
Hoţ3(s) <=> CaO (s) + CODouă(g)
Astfel, în echilibrul de descompunere a carbonatului de calciu, concentrația acestuia și cea a oxidului rezultat pot fi considerate constante indiferent de masa acestuia..
Valoarea numerică a constantei de echilibru determină dacă o reacție favorizează sau nu formarea produselor. Când K este mai mare de 1, sistemul de echilibru va avea o concentrație mai mare de produse decât de reactanți, iar dacă K este mai mic de 1, se întâmplă opusul: în echilibru va exista o concentrație mai mare de reactanți decât produse..
Influența variațiilor de concentrație, temperatură și presiune poate modifica viteza unei reacții.
De exemplu, dacă produsele gazoase se formează într-o reacție, o creștere a presiunii asupra sistemului face ca reacția să ruleze în direcția opusă (spre reactanți).
În general, reacțiile anorganice care au loc între ioni sunt foarte rapide, în timp ce cele organice au viteze mult mai mici..
Dacă se produce căldură într-o reacție, o creștere a temperaturii exterioare tinde să o orienteze în direcția opusă, deoarece reacția inversă este endotermă (absoarbe căldura).
La fel, dacă se produce un exces într-una din substanțele care reacționează într-un sistem în echilibru, celelalte substanțe vor forma produse pentru a neutraliza modificarea menționată cât mai mult posibil..
Ca rezultat, echilibrul se deplasează favorizând într-o direcție sau alta prin creșterea vitezei de reacție, în așa fel încât valoarea lui K să rămână constantă..
Toate aceste influențe externe și răspunsul echilibrului pentru a le contracara este ceea ce este cunoscut sub numele de principiul Le Chatelier..
În ciuda utilității sale enorme, atunci când a fost propusă această lege, aceasta nu a avut impactul sau relevanța dorite în comunitatea științifică.
Cu toate acestea, din secolul al XX-lea a câștigat notorietate datorită faptului că oamenii de știință britanici William Esson și Vernon Harcourt au preluat-o din nou la câteva decenii după promulgarea sa..
Legea acțiunii în masă a avut multe aplicații de-a lungul timpului, dintre care unele sunt enumerate mai jos:
-Atunci când se studiază o reacție ireversibilă între ionii găsiți în soluție, expresia generală a acestei legi duce la formularea Brönsted-Bjerrum, care stabilește relația dintre puterea ionică a speciei și constanta de viteză.
-Când se analizează reacțiile care se desfășoară în soluții ideale diluate sau într-o stare de agregare gazoasă, se obține expresia generală a legii inițiale (decada anilor 80).
-Deoarece are caracteristici universale, expresia generală a acestei legi poate fi utilizată ca parte a cineticii în loc să o vadă ca parte a termodinamicii.
-Atunci când este utilizată în electronică, această lege este utilizată pentru a determina faptul că înmulțirea dintre densitățile găurilor și electronii unei suprafețe date are o magnitudine constantă în starea de echilibru, chiar independent de dopajul care este furnizat materialului..
-Utilizarea acestei legi pentru a descrie dinamica dintre prădători și pradă este larg cunoscută, presupunând că relația de prădare pe pradă prezintă o anumită proporție cu relația dintre prădători și pradă..
-În domeniul studiilor de sănătate, această lege poate fi aplicată chiar pentru a descrie anumiți factori ai comportamentului uman, din punct de vedere politic și social.
Presupunând că D este medicamentul și R receptorul asupra căruia acționează, ambii reacționează la originarea complexului DR, care este responsabil pentru efectul farmacologic:
K = [DR] / [D] [R]
K este constanta de disociere. Există o reacție directă în care medicamentul acționează asupra receptorului și o altă reacție în care complexul DR se disociază în compușii originali. Fiecare reacție are propria viteză, egalându-se doar la echilibru, satisfăcând K.
Interpretând legea masei cu litera, cu cât este mai mare concentrația de D, cu atât este mai mare concentrația complexului DR format..
Cu toate acestea, receptoarele Rt totale au o limită fizică, deci nu există o sumă nelimitată de R pentru toate D disponibile. De asemenea, studii experimentale în domeniul farmacologiei au descoperit următoarele limitări ale legii de masă în acest domeniu:
- Se presupune că legătura R-D este reversibilă, atunci când în majoritatea cazurilor chiar nu este..
- Legătura R-D poate modifica structural oricare dintre cele două componente (medicamentul sau receptorul), circumstanță care nu are în vedere legea masei.
- În plus, legea masei pălește în fața reacțiilor în care intervin mai mulți intermediari în formarea RD..
Legea acțiunii în masă presupune că fiecare reacție chimică este de tip elementar; cu alte cuvinte, că molecularitatea este aceeași cu ordinea de reacție respectivă pentru fiecare specie implicată.
Aici coeficienții stoichiometrici a, b, c și d sunt considerați ca numărul de molecule implicate în mecanismul de reacție. Cu toate acestea, într-o reacție globală, acestea nu coincid neapărat cu ordinea lor..
De exemplu, pentru reacția aA + bB <=> cC + dD:
Expresia vitezei pentru reacțiile directe și inverse sunt:
k1= [A]la[B]b
kDouă= [C]c[D]d
Acest lucru se aplică numai reacțiilor elementare, deoarece pentru cele globale, deși coeficienții stoichiometrici sunt corecți, nu sunt întotdeauna ordinele de reacție. În cazul reacției directe, aceasta din urmă ar putea fi:
k1= [A]w[B]z
În această expresie w și z ar fi adevăratele ordine de reacție pentru speciile A și B.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.