Закон массовых действий приложений, примеры

закон массового действия устанавливает существующие отношения между активными массами реагентов и продуктов, в равновесных условиях и в гомогенных системах (растворах или газовых фазах). Он был сформулирован норвежскими учеными С.М. Гульдберг и П. Вааге, которые признали, что равновесие является динамическим, а не статичным.

Почему динамический? Потому что скорости прямой и обратной реакций одинаковы. Активные массы обычно выражаются в моль / л (молярность). Такую реакцию можно записать следующим образом: aA + bB <=> cC + dD. Для равновесия, приведенного в этом примере, взаимосвязь между реагентами и продуктами иллюстрируется уравнением нижнего изображения..

К всегда является постоянной величиной независимо от начальной концентрации веществ, пока температура не изменится. Здесь A, B, C и D являются реагентами и продуктами; в то время как a, b, c и d, являются их стехиометрическими коэффициентами.

Числовое значение K является характеристической константой для каждой реакции при данной температуре. Итак, К это то, что называется константой равновесия.

Обозначение [] означает, что в математическом выражении концентрации указаны в единицах моль / л, возведенных в степень, равную коэффициенту реакции.

индекс

• 1 Что такое закон массовых действий??
  • 1.1 Значение константы равновесия
• 2 Химическое равновесие
  • 2.1 Баланс в гетерогенных системах
  • 2.2 Смещения равновесия
• 3 Принцип Ле Шателье
• 4 Приложения
• 5 примеров закона массовых действий
• 6 Закон массовых действий в фармакологии
• 7 Ограничения
• 8 ссылок

Что такое закон массовых действий??

Как упоминалось ранее, закон действия массы выражает, что скорость данной реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов, где концентрация каждого вида повышается до мощности, равной его коэффициенту стехиометрические в химическом уравнении.

В этом смысле это может быть лучше объяснено с помощью обратимой реакции, общее уравнение которой показано ниже:

aA + bB ↔ cC + dD

Где A и B представляют реагенты, а вещества, обозначенные C и D, представляют продукты реакции. Также значения a, b, c и d представляют стехиометрические коэффициенты A, B, C и D соответственно.

Исходя из предыдущего уравнения, мы получаем константу равновесия, которая была ранее упомянута, которая иллюстрируется как:

K = [C]^с[D]^d/ [A]^в[B]^б

Там, где константа равновесия K равна частному, в котором числитель состоит из умножения концентраций продуктов (в стационарном состоянии), возведенных в коэффициент в сбалансированном уравнении, а знаменатель состоит из аналогичного умножения но между реагентами повышен до коэффициента, который их сопровождает.

Значение константы равновесия

Следует отметить, что в уравнении для расчета константы равновесия следует использовать концентрации видов, находящихся в равновесии, при условии, что нет изменений в них или в температуре системы..

Таким же образом, значение константы равновесия дает информацию о смысле, который благоприятствует реакции в равновесии, то есть показывает, является ли реакция благоприятной по отношению к реагентам или продуктам..

В случае, если величина этой константы намного больше, чем единица (K "1), равновесие будет наклонено вправо и будет благоприятствовать продуктам, тогда как, если величина этой константы будет намного меньше единицы (K "1), баланс будет смещен влево и будет благоприятствовать реагентам.

Кроме того, хотя условно указано, что вещества с левой стороны стрелки являются реагентами, а вещества с правой стороны - продуктами, может быть немного запутано, что реагенты, которые происходят из реакции в Прямым смыслом оказываются продукты реакции в обратном направлении и наоборот.

Химический баланс

Часто реакции достигают баланса между количеством исходных веществ и продуктов, которые образуются. Этот баланс также можно сместить, способствуя увеличению или уменьшению одного из веществ, которые участвуют в реакции..

Аналогичное событие происходит при диссоциации растворенного вещества: во время реакции экспериментально можно наблюдать исчезновение исходных веществ и образование продуктов с переменной скоростью..

Скорость реакции в значительной степени зависит от температуры и различной степени концентрации реагентов. На самом деле, эти факторы изучаются особенно с помощью химической кинетики.

Однако это равновесие не является статичным, а обусловлено сосуществованием прямой и обратной реакции..

В прямой реакции (->) образуются продукты, тогда как в обратной реакции (<-) estos vuelven a originar las sustancias iniciales.

Вышеупомянутое составляет то, что известно как динамическое равновесие, упомянутое выше.

Баланс в гетерогенных системах

В гетерогенных системах, то есть в тех, которые образованы несколькими фазами, концентрации твердых веществ можно считать постоянными, исключая математическое выражение для K.

CaCO₃(S), <=> CaO (s) + CO₂(G)

Таким образом, в равновесии разложения карбоната кальция его концентрацию и концентрацию получаемого оксида можно считать постоянной независимо от его массы..

Смена баланса

Числовое значение константы равновесия определяет, способствует ли реакция образованию продуктов или нет. Когда K больше 1, система в равновесии будет иметь более высокую концентрацию продуктов, чем реагенты, а если K меньше 1, происходит обратное: в равновесии концентрация реагентов будет выше, чем в продуктах..

Начало Ле Шателье

Влияние изменений концентрации, температуры и давления может изменить скорость реакции..

Например, если в реакции образуются газообразные продукты, увеличение давления в системе вызывает протекание реакции в противоположном направлении (по направлению к реагентам).

В общем, неорганические реакции, которые проводятся между ионами, очень быстрые, в то время как органические имеют гораздо более низкие скорости..

Если в результате реакции выделяется тепло, повышение температуры наружного воздуха приводит к ее ориентации в противоположном направлении, поскольку обратная реакция является эндотермической (поглощает тепло)..

Аналогичным образом, если избыток вызывается в одном из реагентов в системе в равновесии, другие вещества будут образовывать продукты, чтобы максимально нейтрализовать эту модификацию..

В результате равновесие движется в пользу того или иного путем увеличения скорости реакции, так что значение K остается постоянным.

Все эти внешние воздействия и ответная реакция противодействия им - это то, что известно как принцип Ле Шателье..

приложений

Несмотря на его огромную полезность, когда этот закон был предложен, он не оказал желаемого воздействия или актуальности в научном сообществе..

Тем не менее, с двадцатого века, он приобрел известность благодаря тому, что британские ученые Уильям Эссон и Вернон Харкорт забрали его обратно через несколько десятилетий после его обнародования.

Закон массовых действий имел много применений с течением времени, поэтому некоторые из них указаны ниже:

• Когда формулируется с точки зрения активности вместо концентрации, полезно определить отклонения идеального поведения реагентов в растворе, если это согласуется с термодинамикой.
• Когда реакция приближается к равновесному состоянию, можно предсказать взаимосвязь между суммарной скоростью реакции и мгновенной величиной свободной энергии Гиббса реакции..
• В сочетании с принципом детального равновесия в общих чертах этот закон предусматривает результирующие значения, в соответствии с термодинамикой, активностей и константы в состоянии равновесия, а также взаимосвязь между ними и результирующими константами скорости. реакции в прямом смысле, как в противоположном направлении.
• Когда реакции имеют элементарный тип, при применении этого закона получаются уравнение равновесия, подходящее для определенной химической реакции, и выражения ее скорости..

Примеры закона массовых действий

-При изучении необратимой реакции между ионами, находящимися в растворе, общее выражение этого закона приводит к формулировке Бренстеда-Бьеррума, которая устанавливает существующую связь между ионной силой частиц и постоянной скоростью.

-При анализе реакций, проводимых в разбавленных идеальных растворах или в состоянии газообразной агрегации, получается общее выражение исходного закона (десятилетие 80-х годов)..

-Поскольку он имеет универсальные характеристики, общее выражение этого закона можно использовать как часть кинетики вместо того, чтобы рассматривать его как часть термодинамики..

-При использовании в электронике этот закон используется для определения того, что умножение плотностей дырок и электронов данной поверхности имеет постоянную величину в стационарном состоянии, даже независимо от легирования, которое подается на материал.

-Широко известно использование этого закона для описания динамики, существующей между хищниками и добычей, предполагая, что отношения хищников на жертве представляют определенную пропорцию с отношениями между хищниками и добычей..

-В области медицинских исследований этот закон может даже применяться для описания определенных факторов человеческого поведения с политической и социальной точек зрения..

Закон массовых действий в фармакологии

Предполагая, что D является лекарственным средством, а R - рецептором, на который он действует, оба реагируют на возникновение комплекса DR, ответственного за фармакологический эффект:

K = [DR] / [D] [R]

К - константа диссоциации. Существует прямая реакция, при которой лекарство воздействует на рецептор, и другая, когда комплекс DR диссоциирует на исходные соединения. Каждая реакция имеет свою скорость, равную только в равновесии, удовлетворяющую К.

Интерпретируя закон массы к букве, чем выше концентрация D, тем выше концентрация образовавшегося комплекса DR.

Однако общее количество получателей Rt имеет физический предел, поэтому не существует неограниченного количества R для всех доступных D. Аналогично, экспериментальные исследования в области фармакологии обнаружили следующие ограничения в законе масс в этой области:

- Предположим, что связь R-D является обратимой, когда в большинстве случаев это действительно не.

- Связь R-D может структурно изменить один из двух компонентов (лекарство или рецептор), что не учитывает закон массы.

- Кроме того, закон массы бледнеет перед реакциями, когда множественные посредники вмешиваются в формирование DR.

ограничения

Закон действия массы предполагает, что каждая химическая реакция является элементарной; другими словами, что молекулярность такая же, как и соответствующий порядок реакции для каждого участвующего вида.

Здесь стехиометрические коэффициенты a, b, c и d рассматриваются как число молекул, которые вмешиваются в механизм реакции. Однако в глобальной реакции они не обязательно совпадают с вашим заказом..

Например, для реакции на A + bB <=> cC + dD:

Выражением скорости для прямой и обратной реакции являются:

К₁= [A]^в[B]^б

К₂= [C]^с[D]^d

Это относится только к элементарным реакциям, поскольку для глобальных реакций, хотя стехиометрические коэффициенты являются правильными, они не всегда являются порядками реакции. В случае прямой реакции последним может быть:

К₁= [A]^вес[B]^Z

В указанном выражении w и z будут истинными порядками реакции для видов A и B.

ссылки

1. Джеффри Аронсон. (19 ноября 2015 г.) Законы жизни: закон массовых действий Гульдберга и Вааге. Получено 10 мая 2018 г. из: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Закон массовых действий. Получено 10 мая 2018 г. по адресу: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Закон действия массы и константа равновесия. Получено 10 мая 2018 г. с сайта: askiitians.com
4. Сальватская энциклопедия наук. (1968). Химия. Том 9, Сальват С.А. изданий Памплона, Испания. П 13-16.
5. Уолтер Дж. Мур. (1963). Физическая химия в Термодинамика и химическое равновесие. (Четвертое издание.) Лонгманс. P 169.
6. Алекс Ярцев (2018). Закон массового действия в фармакодинамике. Получено 10 мая 2018 г. с сайта derangedphysiology.com