چرا ضریب واکنش

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1856

سپاس: 3351

جنسیت:

تماس:

چرا ضریب واکنش

پست توسط rohamjpl »

چرا ضریب واکنش از محصولات (ضرب) واکنش دهنده ها و محصولات به جای مجموع مربوط به آنها استفاده می کند؟
همانطور که می دانید، ضریب واکنش Qc با معادله تعریف می شود پس
برای واکنش شیمیایی $\alpha A + \beta B \rightarrow \gamma C + \delta D.$.
این چیزی است که من برای درک آن در سطح شهودی تلاش کرده ام. چرا Qc نسبت حاصلضرب غلظت محصول واکنش و حاصلضرب غلظت واکنش دهنده واکنش است (با عرض پوزش برای اصطلاحات گیج کننده، من نمی توانم راه دقیق تری برای بیان آن فکر کنم) به جای نسبت مجموع غلظت ها، مانند این
این معادله دوم و نادرست برای من منطقی تر است زیرا غلظت املاح جمع می شود. آیا نسبت به گونه ای تعریف می شود که با غلظت هر محصول نسبت مستقیم و با غلظت هر واکنش دهنده نسبت معکوس دارد؟ آیا رابطه ای با سینتیک وجود دارد که بتواند بینش عمیق تری نسبت به معنای این ضریب به من بدهد؟
آره! روشی که من واکنش‌های تعادلی را مدیریت می‌کنم، آنها را به‌عنوان یک «رقابت» بین یک واکنش خاص و معکوس دقیق آن در نظر می‌گیرد:
$\ce{\alpha A + \beta B ->[k_1] \gamma C + \delta D} \tag{1}$
$\ce{\gamma C + \delta D ->[k_{-1}] \alpha A + \beta B} \tag{2}$
البته که به عنوان یک واکنش تعادلی نوشته شده است، به نظر می رسد:
$\ce{\alpha A + \beta B <=>[K_1] \gamma C + \delta D}\tag{3}$
بنابراین، سؤال این است که چگونه می توان دو واکنش جنبشی (1) و (2) را به واکنش تعادلی (3) مرتبط کرد. با فرض اینکه هر دو واکنش (1) و (2) همانگونه که نوشته شده اند، واکنش های ابتدایی باشند، دو عبارت نرخ تبدیل می شوند:
$r_1 = k_1 \left[A\right]^\alpha \left[B\right]^\beta \tag{4}$
$r_{-1} = k_{-1}\left[C\right]^\gamma \left[D\right]^\delta \tag{5}$
طبق تعریف، در حالت تعادل، سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس برابر است. بنابراین، ترکیب (4) و (5):
$k_1 \left[A\right]^\alpha \left[B\right]^\beta = r_1 =
r_{-1} = k_{-1}\left[C\right]^\gamma \left[D\right]^\delta \tag{6}$اکنون، تقسیم (6) به$k_{-1}$ بر $\left[A\right]^\alpha\left[B\right]^\beta$ بیان ثابت تعادل آشنا را به دست می‌دهد:${k_1 \over k_{-1}} =
{\left[C\right]^\gamma\left[D\right]^\delta \over
\left[A\right]^\alpha\left[B\right]^\beta } \tag{7}$
اگر$K_1 \equiv {k_1 \over k_{-1}}$ را تعریف کنیم (همانطور که باید!)، آنگاه (7) دقیقاً شکل استاندارد یک عبارت ثابت تعادل است.
از اینجا (به نظر من؟) ساده است که ببینیم چرا ضریب واکنش QC نیز به این صورت تعریف می شود، و چرا اگر Q1<K1 واکنش به سمت تعادل پیش می رود، در حالی که اگر Q1>K1 واکنش به سمت معکوس پیش می رود.
جواب دوم
اصطلاح $RT\ln Q_c$ از قسمت آنتروپی یا $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$ مشتق شده است و به روشی کمی انتزاعی، آنتروپی اختلاط محصولات و واکنش دهنده ها را نشان می دهد. به همین دلیل است که واکنش هایی که در ابتدا خود به خود هستند، با تغییر غلظت، قبل از تبدیل کامل واکنش دهنده ها به محصولات به حالت تعادل می رسند. اگر آنتروپی اختلاط وجود نداشت، واکنشی که دارای تغییر انرژی آزاد منفی بود (تحت هر مجموعه ای از شرایط) یک تغییر منفی (بنابراین، خود به خود) ادامه می داد تا زمانی که همه واکنش دهنده ها به محصولات تبدیل شوند، که این حالت خواهد بود. حداکثر آنتروپی اما از آنجایی که آنتروپی اختلاط وجود دارد، حالت حداکثر آنتروپی قبل از تبدیل همه واکنش‌دهنده‌ها به محصولات حاصل می‌شود (زیرا جایی در بین آنتروپی اختلاط به دلیل داشتن مخلوطی از واکنش‌دهنده‌ها و محصولات، بیش از ΔG منفی برای واکنش‌دهنده‌ها برای تبدیل است. به محصولات)، و غلظت هایی که در آن می توان به حداکثر حالت آنتروپی رسید دقیقاً همان چیزی است که ثابت تعادل به ما می گوید.
برای محاسبه آنتروپی، باید به این واقعیت پی ببریم که اجزای خاصی از واکنش ممکن است سهم بیشتری در تعیین ثابت تعادل نسبت به سایرین داشته باشند، زیرا در حالت حداکثر آنتروپی، اجزا بر اساس روابط استوکیومتری خود وجود دارند و بنابراین ممکن است نسبت به سایرین به خوبی تعریف شده باشد. سهم نسبی هر گونه در آنتروپی لگاریتمی است، یعنی افزایش آنتروپی یک تابع لگاریتمی غلظت است (به صورت انتزاعی کمی به $S=k_B\ln \Omega$مربوط می شود). بنابراین، سهم انرژی آزاد و در نتیجه در تعیین Kc در غلظت‌ها لگاریتمی است. ضرایب استوکیومتری در سهم لگاریتمی هر یک ضرب می شوند (که به عنوان قدرتی که غلظت ها در داخل لگاریتم افزایش می یابد ظاهر می شود) و سهم های نسبی به سادگی اضافه می شوند، اما از آنجایی که جمع لگاریتم ها به معنای ضرب آرگومان های آن است، ما عبارت آشنای $RT\ln Q_c$ را بدست آورید که تعاریف ذکر شده از ضریب واکنش و ثابت تعادل را ارائه می دهد.من از ضریب واکنش و ثابت تعادل به جای هم استفاده کرده‌ام، اما RQ نشان‌دهنده یک ثابت تعادل برآورده‌نشده است و از این رو نشان‌دهنده همان حرکت به سمت حداکثر آنتروپی Kc است (که خود حالت حداکثر آنتروپی است)..hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست