Prawo aplikacji masowego działania, przykłady

The prawo akcji masowej ustala istniejący związek między aktywnymi masami reagentów a masami produktów, w warunkach równowagi i w jednorodnych układach (roztwory lub fazy gazowe). Został sformułowany przez norweskich naukowców C.M. Guldberg i P. Waage, którzy uznali, że równowaga jest dynamiczna, a nie statyczna.

Dlaczego dynamiczny? Ponieważ prędkości reakcji bezpośredniej i odwrotnej są takie same. Aktywne masy są zwykle wyrażane jako mol / L (molarność). Reakcję tego rodzaju można zapisać w następujący sposób: aA + bB <=> cC + dD. Dla równowagi przytoczonej w tym przykładzie, związek między reagentami i produktami zilustrowano równaniem dolnego obrazu.

K jest zawsze stała, niezależnie od początkowych stężeń substancji, o ile temperatura się nie zmienia. Tutaj A, B, C i D są reagentami i produktami; natomiast a, b, cid, są ich współczynnikami stechiometrycznymi.

Wartość liczbowa K jest stałą charakterystyczną dla każdej reakcji w danej temperaturze. Tak więc K jest tak zwaną stałą równowagi.

Notacja [] oznacza, że ​​w wyrażeniu matematycznym stężenia pojawiają się w jednostkach mol / L, podniesionych do mocy równej współczynnikowi reakcji.

Indeks

• 1 Jakie jest prawo akcji masowej??
  • 1.1 Znaczenie stałej równowagi
• 2 Równowaga chemiczna
  • 2.1 Równowaga w systemach heterogenicznych
  • 2.2 Przesunięcia równowagi
• 3 Zasada Le Chatelier
• 4 Aplikacje
• 5 Przykłady prawa masowego działania
• 6 Prawo masowego działania w farmakologii
• 7 Ograniczenia
• 8 Odniesienia

Jakie jest prawo akcji masowej??

Jak wcześniej wspomniano, prawo działania masy wyraża, że ​​prędkość danej reakcji jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń gatunków reagentów, gdzie stężenie każdego gatunku jest podwyższone do mocy równej jego współczynnikowi stechiometryczny w równaniu chemicznym.

W tym sensie można to lepiej wyjaśnić poprzez odwracalną reakcję, której ogólne równanie jest zilustrowane poniżej:

aA + bB ↔ cC + dD

Gdy A i B reprezentują reagenty, a substancje oznaczone C i D reprezentują produkty reakcji. Również wartości a, b, cid reprezentują współczynniki stechiometryczne odpowiednio A, B, C i D.

Wychodząc z poprzedniego równania, otrzymujemy stałą równowagi, która była wcześniej wspomniana, co ilustruje:

K = [C]^c[D]^d/ [A]^a[B]^b

Gdzie stała równowagi K jest równa ilorazowi, w którym licznik składa się z mnożenia stężeń produktów (w stanie ustalonym) podniesionych do ich współczynnika w równaniu zrównoważonym, a mianownik składa się z podobnego mnożenia ale między reagentami podniesionymi do współczynnika, który im towarzyszy.

Znaczenie stałej równowagi

Należy zauważyć, że w równaniu do obliczania stałej równowagi należy stosować stężenia gatunków w równowadze, o ile nie ma w nich żadnych modyfikacji ani temperatury układu..

W ten sam sposób wartość stałej równowagi daje informację o sensie, który jest preferowany w reakcji w równowadze, to znaczy ujawnia, czy reakcja jest korzystna w stosunku do reagentów lub produktów.

W przypadku, gdy wielkość tej stałej jest znacznie większa niż jednostka (K "1), równowaga zostanie przechylona w prawo i będzie sprzyjać produktom, podczas gdy wielkość tej stałej jest znacznie mniejsza niż jednostka (K "1), waga zostanie przechylona w lewo i będzie sprzyjać reagentom.

Ponadto, chociaż zgodnie z konwencją wskazano, że substancje po lewej stronie strzałki są reagentami, a te po prawej stronie są produktami, to może być nieco mylące, że reagenty pochodzące z reakcji w bezpośredni zmysł to produkty w reakcji w przeciwnym kierunku i odwrotnie.

Równowaga chemiczna

Często reakcje osiągają równowagę między ilościami substancji wyjściowych i ilościami produktów, które powstają. Równowaga ta może być również zastąpiona przez sprzyjanie zwiększeniu lub zmniejszeniu jednej z substancji uczestniczących w reakcji.

Analogiczne zdarzenie występuje w dysocjacji rozpuszczonej substancji: podczas reakcji zanikanie substancji początkowych i tworzenie produktów ze zmienną prędkością można zaobserwować doświadczalnie..

Szybkość reakcji zależy w dużym stopniu od temperatury i różnych stopni stężenia reagentów. W rzeczywistości czynniki te są badane zwłaszcza przez kinetykę chemiczną.

Jednak ta równowaga nie jest statyczna, ale wynika ze współistnienia bezpośredniej reakcji i odwrotnej.

W bezpośredniej reakcji (->) powstają produkty, natomiast w reakcji odwrotnej (<-) estos vuelven a originar las sustancias iniciales.

Powyższe stanowi tzw. Równowagę dynamiczną wspomnianą powyżej.

Równowaga w systemach heterogenicznych

W układach heterogenicznych - czyli w układach utworzonych przez kilka faz - stężenia ciał stałych można uznać za stałe, pomijając wyrażenie matematyczne dla K.

CaCO₃(s) <=> CaO (s) + CO₂(g)

Tak więc w równowadze rozkładu węglanu wapnia jego stężenie i powstały tlenek można uznać za stałe niezależnie od jego masy.

Przesunięcia salda

Wartość liczbowa stałej równowagi określa, czy reakcja sprzyja tworzeniu się produktów, czy nie. Gdy K jest większe niż 1, układ w równowadze będzie miał wyższe stężenie produktów niż odczynniki, a jeśli K jest mniejsze niż 1, następuje odwrotnie: w równowadze będzie większe stężenie reagentów niż w produktach..

Początek Le Chatelier

Wpływ zmian stężenia, temperatury i ciśnienia może zmienić szybkość reakcji.

Na przykład, jeśli w reakcji powstają produkty gazowe, wzrost ciśnienia w układzie powoduje, że reakcja przebiega w przeciwnym kierunku (w kierunku reagentów).

Ogólnie rzecz biorąc, reakcje nieorganiczne przeprowadzane między jonami są bardzo szybkie, podczas gdy reakcje organiczne mają znacznie mniejsze prędkości.

Jeśli reakcja wytwarza ciepło, wzrost temperatury zewnętrznej ma tendencję do zorientowania go w przeciwnym kierunku, ponieważ reakcja odwrotna jest endotermiczna (pochłania ciepło).

Podobnie, jeśli nadmiar jest spowodowany w jednym z reagentów w układzie w równowadze, inne substancje utworzą produkty, aby w jak największym stopniu zneutralizować tę modyfikację..

W wyniku tego równowaga porusza się w jedną lub drugą stronę, zwiększając szybkość reakcji, tak że wartość K pozostaje stała.

Wszystkie te zewnętrzne wpływy i reakcja równowagi w celu przeciwdziałania im jest znana jako zasada Le Chateliera.

Aplikacje

Pomimo ogromnej użyteczności, kiedy zaproponowano to prawo, nie miało ono pożądanego wpływu ani znaczenia w społeczności naukowej.

Jednak od XX wieku zyskał rozgłos dzięki temu, że brytyjscy naukowcy William Esson i Vernon Harcourt cofnęli go kilka dekad po jego ogłoszeniu.

Prawo akcji masowej miało wiele zastosowań w czasie, dlatego niektóre są wskazane poniżej:

• Przy formułowaniu w kategoriach aktywności zamiast stężeń przydatne jest określenie odchyleń idealnego zachowania reagentów w roztworze, o ile jest to zgodne z termodynamiką.
• Gdy reakcja zbliża się do stanu równowagi, można przewidzieć zależność między szybkością reakcji netto a chwilową energią reakcji Gibbsa..
• W połączeniu z zasadą równowagi szczegółowej, ogólnie rzecz biorąc, prawo to przewiduje wartości wynikowe, zgodnie z termodynamiką, aktywności i stałej w stanie równowagi, jak również zależność między nimi a wynikającymi zeń stałymi prędkości. reakcje w bezpośrednim znaczeniu, jak w przeciwnym kierunku.
• Gdy reakcje są typu podstawowego, przy stosowaniu tego prawa równanie równowagi jest odpowiednie dla pewnej reakcji chemicznej i uzyskuje się wyrażenia jego prędkości..

Przykłady prawa masowego działania

-Podczas badania nieodwracalnej reakcji między jonami znajdującymi się w roztworze, ogólne wyrażenie tego prawa prowadzi do sformułowania Brönsteda-Bjerruma, który ustala istniejący związek między siłą jonową gatunku a stałą prędkością.

-Analizując reakcje przeprowadzane w rozcieńczonych roztworach idealnych lub w stanie agregacji gazowej, uzyskuje się ogólne wyrażenie pierwotnego prawa (dekada lat 80-tych).

-Ponieważ ma uniwersalne cechy, ogólne wyrażenie tego prawa może być użyte jako część kinetyki zamiast postrzegać ją jako część termodynamiki.

-Stosowane w elektronice prawo to służy do określenia, że ​​mnożenie między gęstościami dziur i elektronów danej powierzchni ma stałą wartość w stanie ustalonym, nawet niezależnie od domieszkowania dostarczanego do materiału.

-Powszechnie wiadomo, że stosowanie tego prawa opisuje dynamikę istniejącą między drapieżnikami i ofiarami, zakładając, że stosunek drapieżników do zdobyczy stanowi pewną proporcję w stosunku do drapieżników i ofiar..

-W dziedzinie badań nad zdrowiem prawo to można zastosować nawet do opisania pewnych czynników ludzkiego zachowania, z politycznego i społecznego punktu widzenia.

Prawo masowego działania w farmakologii

Zakładając, że D jest lekiem, a R receptorem, na którym działa, obie reagują na powstanie kompleksu DR, odpowiedzialnego za efekt farmakologiczny:

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

K jest stałą dysocjacji. Istnieje bezpośrednia reakcja, w której lek działa na receptor, a druga, w której kompleks DR dysocjuje na oryginalne związki. Każda reakcja ma swoją własną prędkość, równą tylko równowadze, spełniając K.

Interpretując prawo masy z literą, im wyższe stężenie D, tym wyższe stężenie kompleksu DR.

Jednak całkowity odbiornik Rt ma fizyczny limit, więc nie ma nieograniczonej ilości R dla wszystkich dostępnych D. Podobnie eksperymentalne badania w dziedzinie farmakologii wykazały następujące ograniczenia prawa mas w tej dziedzinie:

- Załóżmy, że łącze R-D jest odwracalne, gdy w większości przypadków tak naprawdę nie jest.

- Wiązanie R-D może strukturalnie zmienić jeden z dwóch składników (lek lub receptor), okoliczność, która nie uwzględnia prawa masowego.

- Ponadto prawo masowe blednie przed reakcjami, w których wielu pośredników interweniuje w tworzenie DR.

Ograniczenia

Prawo akcji masowej zakłada, że ​​każda reakcja chemiczna jest elementarna; innymi słowy, że molekularność jest taka sama jak odpowiednia kolejność reakcji dla każdego zaangażowanego gatunku.

Tutaj współczynniki stechiometryczne a, b, cid są rozpatrywane jako liczba cząsteczek, które interweniują w mechanizmie reakcji. Jednak w globalnej reakcji niekoniecznie pokrywają się one z twoim zamówieniem.

Na przykład dla reakcji na A + bB <=> cC + dD:

Wyrażenie prędkości dla reakcji bezpośrednich i odwrotnych to:

k₁= [A]^a[B]^b

k₂= [C]^c[D]^d

Dotyczy to tylko reakcji elementarnych, ponieważ dla reakcji globalnych, chociaż współczynniki stechiometryczne są poprawne, nie zawsze są one kolejnością reakcji. W przypadku reakcji bezpośredniej może to być:

k₁= [A]^w[B]^z

We wspomnianym wyrażeniu w i z byłyby prawdziwymi porządkami reakcji dla gatunków A i B.

Referencje

1. Jeffrey Aronson. (19 listopada 2015 r.). Prawa życia: prawo masowego działania Guldberga i Waage'a. Pobrano 10 maja 2018 r. Z: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Prawo akcji masowej. Pobrano 10 maja 2018 r. Z: sciencehq.com
3. askiitanie. (2018). Prawo akcji masowej i stała równowagi. Pobrano 10 maja 2018 r. Z: askiitians.com
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Chemia Tom 9, Salvat S.A. wydań Pampeluna, Hiszpania. P 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Chemia fizyczna W Termodynamika i równowaga chemiczna. (Czwarte wydanie). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev (2018). Prawo masowego działania w farmakodynamice. Źródło: 10 maja 2018 r. Z: derangedphysiology.com