Peter Waage (1833–1900)
| Chemická rovnováha | ||
|
||
| Cato Maximilian Guldberg (1836–1902) Peter Waage (1833–1900) |
Zákon o aktivním působení hmoty a zákon Guldbergův-Waageův (1864)
Zákon o aktivním působení hmoty:
Rychlost chemické reakce je
v každém okamžiku úměrná aktivní hmotě reagujících látek.
| To znamená, že v případě reakce: |
aA
+ bB gC+ dB |
| platí pro rychlost reakce zleva doprava ==> že je přímo úměrná aktivitám (značeno a) látek A a B, pochopitelně umocněné na stechiometrické koeficienty |
| v1 = k1.aAa.aBb |
| Aktivity se ovšem obtížně měří a proto je výhodnější vyjádření za pomoci molární koncentrace (značeno c). Pro nekonečně zředěný roztok je aktivita rovna koncentraci. Ovšem čím je roztok koncentrovanější, tím více je aktivita nižší než koncentrace (pomůcka ze života: čím je plavců více v bazénu tím méně průměrně uplavou, neboť si překážejí). |
| aA = y.cA (y je tzv. aktivitní koeficient pro molární stupnici, který je roven či menší než 1) |
Protože koncentrace je snadno zjistitelná, často se vztahy
zjednodušují a namísto s aktivitami se počítá s molárními
koncentracemi. Toto zjednodušení budeme používat zde i my.
Zákon o aktivním působení hmoty pak zní:
Rychlost chemické reakce je
v každém okamžiku úměrná molární koncentraci reagujících
látek.
| To tedy znamená, že v případě reakce: |
| aA
+ bBgC+ dB |
| platí pro rychlost reakce zleva doprava ==> že je přímo úměrná molárním koncentracím (značeno c) látek A a B, pochopitelně umocněné na stechiometrické koeficienty |
| v1 = k1.cAa.cBb |
| Ovšem reakce neprobíhá pouze zleva doprava ==> ale i zprava doleva <== , takže v případě reakce: |
| aA
+ bBgC+ dB |
| platí pro rychlost reakce zprava doleva <== že je přímo úměrná molárním koncentracím (značeno c) látek C a D, pochopitelně umocněné na stechiometrické koeficienty |
| v2 = k2.cCg.cDd |
| V případě, že se rychlosti v obou směrech vyrovnají v1 = v2 reakce navenek přestane probíhat, nastává rovnovážný stav. Platí: k1.cAa.cBb= k2.cCg.cDd | |||||||||
| Aby byl rovnovážný stav patrnější, značí se koncentrace v rovnovážném stavu namísto písmenem c hranatou závorkou, takže se výše uvedená rovnost zapisuje takto: | |||||||||
| k1.[A]a.[B]b= k2.[C]g.[D]d | |||||||||
| Vztah lze upravit na: | |||||||||
|
|||||||||
| Protože, konstanta dělená konstantou se rovná konstanta, zavádí se tzv. rovnovážná konstanta. Protože se vztah týjá koncentrací uvádí se s indexem c | |||||||||
|
Výše uvedený vztah vyjadřuje zákon Guldbergův-Waageův:
Je-li dosaženo rovnováhy,
je součin koncentrací produktů umocněných na stechiometrické
koeficienty v konstantním poměru k součinu koncentrací
reaktantů umocněným na stechiometrické koeficienty.
Přesné znění Guldberg-Waageova
zákona s aktivitami zní:
Je-li dosaženo rovnováhy,
je součin koncentrací produktů umocněných na stechiometrické
koeficienty v konstantním poměru k součinu koncentrací
reaktantů umocněným na stechiometrické koeficienty.
[zde po kliknutí využití rovnováhy u disociace vody]
Jiná vyjádření Guldberg-Waageova zákona pro plyny:
U reakcí v plynném stavu lze Guldbergův-Waageův zákon vyjádřit
parciálními tlaky (přesně fugacitami) složek. Protože platí
stavová rovnice pi.V = ni.R.T
pi je parciální tlak daného plynu ve směsi
ni je počet molů daného plynu ve směsi
ci je molární koncentrace daného plynu
ve směsi
platí, že molární
koncentrace jerovna počtu molů v jednotce objemu ci= ni/V, proto též platí:
ci = pi/R.T
| Vztah | |||||||||||||||
|
|||||||||||||||
| lze tedy upravit na | |||||||||||||||
|
|||||||||||||||
| Pokud tedy pro danou teplotu zavedeme konstantu Kp = Kc.(R.T)(g+d)-(a+b) platí: |
|||||||||||||||
|
U reakcí v plynném stavu lze Guldbergův-Waageův zákon vyjádřit také pomocí molárních zlomků (značeno xi), neboť dle Daltonova zákona platí: pi. = xi.p
| Vztah | |||||||||||||||
|
|||||||||||||||
| lze tedy upravit na | |||||||||||||||
|
|||||||||||||||
| Pokud tedy pro danou teplotu zavedeme konstantu Kx = Kp.p-[(g+d)-(a+b)] platí: |
|||||||||||||||
|
Při srovnání všech konstant tedy platí:
|
[princip akce a reakce - princip Le Chatelierův]
