A TÖMEGES TÖRVÉNY: ALKALMAZÁSOK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

A tömeghatás törvény határozza meg a reagensek és a termékek aktív tömegének viszonyt egyensúlyi körülmények között és homogén rendszerekben (oldatok vagy gázfázisok). CM Guldberg és P. Waage norvég tudósok fogalmazták meg, akik felismerték, hogy az egyensúly dinamikus és nem statikus.

Miért dinamikus? Mert az előre- és a fordított reakciók aránya azonos. Az aktív tömegeket általában mol / L-ben (molaritás) fejezik ki. Egy ilyen reakció így írható: aA + bB <=> cC + dD. A példában idézett egyensúly szempontjából a reagensek és a termékek kapcsolatát az alábbi képen látható egyenlet szemlélteti.

K állandó, függetlenül az anyagok kezdeti koncentrációjától, mindaddig, amíg a hőmérséklet nem változik. Itt A, B, C és D a reagensek és a termékek; míg a, b, c és d sztöchiometrikus együtthatóik.

K számértéke az egyes reakciók jellemző hőmérsékleti állandója egy adott hőmérsékleten. Tehát K az úgynevezett egyensúlyi állandó.

A jelölés azt jelenti, hogy a matematikai kifejezésben a koncentrációk mol / L mértékegységben jelennek meg, és a reakció együtthatójával megegyező teljesítményre emelik.

Mi a tömeges cselekvés törvénye?

Mint korábban említettük, a tömeghatás törvénye kifejezi, hogy egy adott reakció sebessége közvetlenül arányos a reaktáns fajok koncentrációjának szorzatával, ahol az egyes fajok koncentrációja megemelkedik az együtthatóval megegyező teljesítményre. sztöchiometrikus a kémiai egyenletben.

Ebben az értelemben jobban magyarázható egy megfordítható reakcióval, amelynek általános egyenletét az alábbiakban mutatjuk be:

aA + bB ↔ cC + dD

Ahol A és B jelentése a reagenseket, a C és D nevű anyagok a reakció termékeit jelentik. Hasonlóképpen az a, b, c és d értékek az A, B, C és D sztöchiometrikus együtthatóit mutatják.

Az előző egyenletből kiindulva az előzőekben említett egyensúlyi állandót kapjuk, amelyet a következőképpen mutatunk be:

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

Ha a K egyensúlyi állandó egyenlő egy hányadosal, amelyben a számlálót a termékek koncentrációjának szorzata (egyensúlyi állapotban) a kiegyensúlyozott egyenlet koefficiensére emelt és a nevező hasonló szorzóból áll. de a reaktánsok között, amelyek megemelkednek a kísérő együtthatóra.

Az egyensúlyi állandó jelentése

Meg kell jegyezni, hogy a fajok egyensúlyi koncentrációit kell használni az egyenletben az egyensúlyi állandó kiszámításához, mindaddig, amíg ezek vagy a rendszer hőmérséklete nem változnak.

Hasonlóképpen, az egyensúlyi állandó értéke információt nyújt arról az irányról, amely az egyensúlyi reakcióban kedvező, azaz azt mutatja, hogy a reakció kedvező-e a reagensek vagy a termékek felé.

Abban az esetben, ha ennek az állandónak a nagysága sokkal nagyobb, mint az egység (K »1), az egyensúly jobbra tolódik el, és a termékeket részesíti előnyben; Míg ha ennek az állandónak a nagysága sokkal kisebb, mint az egység (K «1), akkor az egyensúly balra tolódik, és a reagenseket részesíti előnyben.

Ugyanakkor, bár egyezmény szerint jelzik, hogy a nyíl bal oldalán lévő reagensek a reagensek, a jobb oldalon lévő anyagok a termékek, kissé megzavarhatja azt a tényt, hogy a reakció során keletkező reagensek a közvetlen értelme fordított és fordított reakció reakciótermékeivé válik.

Kémiai egyensúly

A reakciók gyakran egyensúlyt teremtenek a kiindulási anyagok és a képződött termékek mennyisége között. Ez az egyensúly emellett eltolódhat, elősegítve a reakcióban részt vevő egyik anyag növekedését vagy csökkentését.

Hasonló tény fordul elő egy oldott anyag disszociációjában: egy reakció során a kiindulási anyagok eltűnése és a termékek képződése változó sebességgel kísérletileg megfigyelhető.

A reakció sebessége nagymértékben függ a hőmérséklettől és különböző mértékben a reagensek koncentrációjától. Valójában ezeket a tényezőket különösen a kémiai kinetika vizsgálja.

Ez az egyensúly azonban nem statikus, hanem egy közvetlen és egy fordított reakció együttéléséből származik.

Közvetlen reakcióban (->) a termékek képződnek, míg a fordított reakcióban (<-) a kiindulási anyagokat állítják elő.

Ez képezi a fent említett dinamikus egyensúlyt.

Egyensúly az heterogén rendszerekben

Heterogén rendszerekben - vagyis azokban, amelyek több fázisból állnak - a szilárd anyag koncentrációja állandónak tekinthető, kivéve a K matematikai kifejezését.

CaCO ₃ (k) <=> CaO (k) + CO ₂ (g)

Így a kalcium-karbonát bomlási egyensúlyában annak koncentrációja és a kapott oxid koncentrációja tömegétől függetlenül állandónak tekinthető.

Az egyensúly eltolódik

Az egyensúlyi állandó numerikus értéke határozza meg, hogy a reakció elősegíti-e a termékek képződését. Ha K nagyobb, mint 1, akkor az egyensúlyi rendszerben a termékek koncentrációja nagyobb, mint a reagensekben, és ha K kisebb, mint 1, akkor fordítva fordul elő: egyensúlyban nagyobb a reagensek koncentrációja, mint a termékeknél.

A Le Chatelier-elv

A koncentráció, hőmérséklet és nyomás változásainak befolyása megváltoztathatja a reakció sebességét.

Például, ha gáz-halmazállapotú termékek képződnek egy reakcióban, akkor a rendszer feletti nyomásnövekedés miatt a reakció ellenkező irányba halad (a reagensek felé).

Általában az ionok között zajló szervetlen reakciók nagyon gyorsak, míg a szerves reakciók sokkal alacsonyabb sebességet mutatnak.

Ha egy reakcióban hő képződik, akkor a külső hőmérséklet növekedése inkább az ellenkező irányba irányítja azt, mivel a fordított reakció endotermikus (hőt vesz fel).

Hasonlóképpen, ha egy egyensúlyi rendszerben egy reagensben felesleget okoznak, akkor a többi anyag termékeket képez, amelyek a módosítást a lehető legnagyobb mértékben semlegesítik.

Ennek eredményeként az egyensúly eltolódik, vagyis a reakció sebességének növelésével egyaránt előnyös, oly módon, hogy K értéke állandó maradjon.

Ezeket a külső hatásokat és az ezek ellensúlyozására szolgáló egyensúlyi reakciót az úgynevezett Le Chatelier-elvnek nevezik.

Alkalmazások

Annak óriási hasznossága ellenére, hogy e törvényjavaslatot előterjesztették, nem volt a kívánt hatása vagy relevanciája a tudományos közösségben.

A 20. századtól kezdve azonban hírességet nyert az a tény, hogy a brit tudósok, William Esson és Vernon Harcourt a kihirdetését követő évtizedekben újra felvette a kérdést.

A tömeges cselekvési törvénynek idővel számos alkalmazása volt, amelyek közül néhányat alább sorolunk fel:

• Mivel az inkább aktivitások, mint koncentrációk szerint fogalmazódik meg, akkor hasznos, ha meghatározzuk az oldatban levő reagensek ideális viselkedésétől való eltéréseket, amennyiben azok összhangban állnak a termodinamikával.
• Amint a reakció közeledik az egyensúlyhoz, megjósolható a kapcsolat nettó sebessége és a reakció pillanatnyi Gibbs-mentes energiája közötti kapcsolat.
• A részletes egyensúly elvével kombinálva ez a törvény általánosságban előírja az aktivitások termodinamika szerint kapott értékeit és az egyensúlyi állapot állandóját, valamint ezek és az ebből eredő sebességállandók közötti összefüggést. reakciók előre és hátra.
• Ha a reakciók elemi típusúak, akkor e törvény alkalmazásával megkapjuk a megfelelő egyensúlyi egyenletet egy adott kémiai reakcióhoz és annak sebességét.

Példák a tömeges cselekvés törvényére

-A megoldásban található ionok közötti irreverzibilis reakció tanulmányozásakor ennek a törvénynek az általános kifejezése a Brönsted-Bjerrum formulációhoz vezet, amely megállapítja a faj ionerőssége és a sebességállandó közötti összefüggést.

-A híg ideális megoldásokban vagy gáznemű aggregálódásban végrehajtott reakciók elemzésekor az eredeti törvény (a 80-as évek évtized) általános kifejezését kapjuk.

- Mivel univerzális tulajdonságokkal rendelkezik, e törvény általános kifejezése felhasználható a kinetika részeként, ahelyett, hogy termodinamika részeként tekintenénk.

-Ha az elektronikában alkalmazzák ezt a törvényt annak meghatározására használják, hogy a lyukak sűrűsége és az adott felület elektronjainak szorzata állandó nagyságrendű egyensúlyi állapotban, függetlenül attól, hogy az anyag milyen doppingot tartalmaz.

- Ennek a törvénynek a felhasználása a ragadozók és a ragadozók közötti dinamika leírására széles körben ismert, feltételezve, hogy a ragadozókkal szembeni ragadozási kapcsolat bizonyos arányban áll a ragadozók és a ragadozó közötti kapcsolattal.

- Az egészségügyi tanulmányok területén ez a törvény alkalmazható az emberi viselkedés bizonyos tényezőinek leírására is politikai és társadalmi szempontból.

A tömeges törvény a gyógyszerészetben

Feltételezve, hogy D a gyógyszer és R az a receptor, amelyen hat, mind reagál, hogy a DR komplexből származik, amely felelős a farmakológiai hatásért:

K = /

K a disszociációs állandó. Van egy közvetlen reakció, amelyben a gyógyszer hat a receptorra, és egy másik, amikor a DR komplex disszociálódik az eredeti vegyületekké. Mindegyik reakciónak megvan a saját sebessége, csak egyensúlyban egyenlő azzal, hogy K. elégedett.

A tömegtétel betűre történő értelmezésével minél nagyobb a D koncentráció, annál nagyobb a képződött DR komplex koncentrációja.

Az összes Rt vevőnek azonban van fizikai korlátja, tehát az összes rendelkezésre álló D-re nincs korlátlan mennyiségű R. Hasonlóképpen, a farmakológia területén végzett kísérleti vizsgálatok a tömegtörvény alábbi korlátozásait találták ezen a területen:

- Feltételezi, hogy az RD kapcsolat visszafordítható, amikor a legtöbb esetben valójában nem.

- Az RD kapcsolat szerkezetileg megváltoztathatja a két összetevő (a gyógyszer vagy a receptor) bármelyikét, olyan körülményt, amelyet a tömeges törvény nem vesz figyelembe.

- Ezenkívül a tömegtájékoztatás olyan reakciókkal szemben sápadt, amikor több közvetítő beavatkozik az RD kialakulásához.

korlátozások

A tömeg törvénye azt feltételezi, hogy minden kémiai reakció elemi; más szavakkal, hogy a molekulárisképesség megegyezik az egyes érintett fajok megfelelő reakciórendjével.

Itt az a, b, c és d sztöchiometrikus együtthatókat a reakció mechanizmusában részt vevő molekulák számának tekintjük. Globális reakcióban azonban ezek nem feltétlenül felelnek meg a megrendelésednek.

Például az aA + bB <=> cC + dD reakcióhoz:

A közvetlen és inverz reakciók sebesség kifejezése:

Ez csak az elemi reakciókra vonatkozik, mivel a globális reakcióknál - bár a sztöchiometrikus együtthatók helyesek - nem mindig a reakció sorrendje. A közvetlen reakció esetén ez utóbbi lehet:

Ebben a kifejezésben a w és z az igazi reakciósorrend az A és B fajokra.

Irodalom

1. Jeffrey Aronson. (2015, november 19). Az élet törvényei: Guldberg és Waage tömeges törvénye. Letöltve: 2018. május 10-én, a következő helyről: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). A tömeges törvény. Visszakeresve: 2018. május 10-én, a következő helyről: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). A tömeges törvény és az egyensúly állandó. Beolvasva: 2018. május 10-én, a következő helyről: askiitians.com
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Kémia. 9. kötet, Salvat SA, Pamplona ediciones, Spanyolország. P 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Fizikai kémia. Termodinamika és kémiai egyensúly. (Negyedik kiadás). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev. (2018). A tömeges törvény a farmakodinámiában. Beolvasva: 2018. május 10-én, a következő helyről: derangedphysiology.com