Legea aplicațiilor de acțiune în masă, exemple

legea acțiunii în masă stabilește relația dintre masele active ale reactanților și cea a produselor, în condiții de echilibru și în sisteme omogene (soluții sau faze gazoase). A fost formulată de oamenii de știință norvegieni C.M. Guldberg și P. Waage, care au recunoscut că echilibrul este dinamic și nu static.

De ce dinamic? Deoarece vitezele reacțiilor directe și inverse sunt aceleași. Masele active sunt exprimate de obicei în mol / L (molaritate). O reacție de acest tip poate fi scrisă după cum urmează: aA + bB <=> cC + dD. Pentru echilibrul citat în acest exemplu, relația dintre reactanți și produse este ilustrată în ecuația imaginii inferioare.

K este întotdeauna constantă, indiferent de concentrațiile inițiale ale substanțelor, atât timp cât temperatura nu se schimbă. Aici A, B, C și D sunt reactanții și produsele; în timp ce a, b, c și d sunt coeficienții lor stoichiometrici.

Valoarea numerică a lui K este o constantă caracteristică pentru fiecare reacție la o temperatură dată. Deci, K este ceea ce se numește constantă de echilibru.

Notația [] înseamnă că în expresia matematică concentrațiile apar în unități de mol / L, ridicate la o putere egală cu coeficientul de reacție.

index

• 1 Care este legea acțiunii în masă?
  • 1.1 Înțelesul constantei de echilibru
• 2 Echilibrul chimic
  • 2.1 Echilibrarea sistemelor eterogene
  • 2.2 Offseturi de echilibru
• 3 Principiul Le Chatelier
• 4 Aplicații
• 5 Exemple de lege a acțiunii în masă
• 6 Legea acțiunii în masă în farmacologie
• 7 Limitări
• 8 Referințe

Care este legea acțiunii în masă?

După cum sa menționat anterior, legea acțiunii în masă exprimă faptul că viteza unei reacții date are o proporționalitate directă cu produsul concentrațiilor speciilor reactante, unde concentrația fiecărei specii este ridicată la o putere egală cu coeficientul acesteia stoichiometric în ecuația chimică.

În acest sens, se poate explica mai bine prin a avea o reacție reversibilă, a cărei ecuație generală este ilustrată mai jos:

aA + bB ↔ cC + dD

Atunci când A și B reprezintă reactanții și substanțele desemnate C și D reprezintă produsele reacției. De asemenea, valorile a, b, c și d reprezintă coeficienții stoichiometrici ai A, B, C și, respectiv, D.

Pornind de la ecuația precedentă, obținem constanta de echilibru menționată anterior, care este ilustrată ca:

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

În cazul în care constanta de echilibru K este egală cu un coeficient în care numerotatorul este format prin multiplicarea concentrațiilor produselor (la echilibru) ridicate la coeficientul lor în ecuația echilibrată și numitorul constă într-o multiplicare similară dar între reactanți ridicați la coeficientul care le însoțește.

Semnificația constantei de echilibru

Trebuie remarcat faptul că în ecuația de calcul al constantei de echilibru ar trebui folosite concentrațiile speciilor în echilibru, cu condiția să nu existe modificări ale acestora sau ale temperaturii sistemului.

În același mod, valoarea constantei de echilibru oferă informații despre sensul care este favorizat într-o reacție în echilibru, adică dezvăluie dacă reacția este favorabilă față de reactanți sau produse.

În cazul în care magnitudinea acestei constante este mult mai mare decât unitatea (K "1), echilibrul va fi înclinat spre dreapta și va favoriza produsele, în timp ce dacă mărimea acestei constante este mult mai mică decât unitatea (K "1), balanța va fi înclinată spre stânga și va favoriza reactanții.

De asemenea, deși convențional este indicat faptul că substanțele din partea stângă a săgeții sunt reactanții, iar cele din partea dreaptă sunt produsele, poate fi puțin confuz că reactanții proveniți din reacție în simțul direct se întâmplă să fie produsele în reacție în direcția opusă și invers.

Echilibru chimic

Adesea reacțiile ajung la un echilibru între cantitățile de substanțe inițiale și cele ale produselor care se formează. Acest echilibru poate fi în plus deplasat prin favorizarea creșterii sau descreșterii uneia dintre substanțele care participă la reacție.

Un eveniment similar apare la disocierea unei substanțe dizolvate: în timpul unei reacții, dispariția substanțelor inițiale și formarea produselor cu o viteză variabilă pot fi observate experimental.

Viteza unei reacții depinde în mare măsură de temperatură și de grade diferite ale concentrației reactanților. De fapt, acești factori sunt studiați în special prin cinetica chimică.

Totuși, acest echilibru nu este static, ci provine din coexistența unei reacții directe și inverse.

În reacția directă (->) se formează produsele, în timp ce în reacția inversă (<-) ele provin de la substanțele inițiale.

Cele de mai sus constituie ceea ce se numește echilibru dinamic, menționat mai sus.

Echilibru în sisteme eterogene

În sistemele eterogene - adică în cele formate din mai multe faze - concentrațiile de solide pot fi considerate constante, omiterea expresiei matematice pentru K.

CaCC₃(s) <=> CaO (s) + CO₂(G)

Astfel, în echilibrul de descompunere al carbonatului de calciu, concentrația acestuia și cea a oxidului rezultat poate fi considerată constant, indiferent de masa sa.

Schimbări de echilibru

Valoarea numerică a constantei de echilibru determină dacă o reacție favorizează formarea produselor sau nu. Când K este mai mare decât 1, sistemul în echilibru va avea o concentrație mai mare de produse decât reactivii și dacă K este mai mic decât 1, se întâmplă contrariul: în echilibru va exista o concentrație mai mare de reactanți decât de produse.

Începutul lui Le Chatelier

Influența variațiilor în concentrație, temperatură și presiune poate modifica viteza unei reacții.

De exemplu, dacă într-o reacție se formează produse gazoase, o creștere a presiunii asupra sistemului determină ca reacția să se desfășoare în direcția opusă (față de reactanți).

În general, reacțiile anorganice care se desfășoară între ioni sunt foarte rapide, în timp ce cele organice au viteze mult mai mici.

Dacă o reacție produce căldură, o creștere a temperaturii exterioare tinde să o orienteze în direcția opusă, deoarece reacția inversă este endotermică (absoarbe căldura).

De asemenea, dacă un exces este cauzat într-unul dintre reactanți într-un sistem în echilibru, celelalte substanțe vor forma produse pentru a neutraliza această modificare cât mai mult posibil.

Ca urmare, echilibrul se mișcă favorizând într-un fel sau altul prin creșterea ratei de reacție, astfel încât valoarea lui K rămâne constantă.

Toate aceste influențe externe și răspunsul la echilibru pentru a le contracara este ceea ce se numește principiul lui Le Chatelier.

aplicații

În ciuda utilității sale enorme, când această lege a fost propusă, ea nu a avut impactul sau relevanța dorită în comunitatea științifică.

Cu toate acestea, din secolul al XX-lea a fost câștigat notorietate datorită oamenilor de știință britanici William Esson și Vernon Harcourt readuce la ea câteva decenii după adoptarea sa.

Legea acțiunii în masă a avut multe aplicații în timp, motiv pentru care unele sunt indicate mai jos:

• Atunci când este formulat în termeni de activități în loc de concentrații, este util să se determine abaterile comportamentului ideal al reactanților într-o soluție, atâta timp cât este în concordanță cu termodinamica.
• Atunci când o reacție se apropie de starea de echilibru, se poate prezice relația dintre rata netă de reacție și energia instantanee Gibbs liberă a unei reacții.
• În combinație cu principiul echilibrului detaliat, în termeni generali, această lege prevede valorile rezultate, în funcție de termodinamică, ale activităților și ale constantei în starea de echilibru, precum și relația dintre acestea și constantele ratei rezultate. reacțiile în sens direct ca și în direcția opusă.
• Atunci când reacțiile sunt de tip elementar, atunci când se aplică această lege, se obține ecuația de echilibru potrivită pentru o anumită reacție chimică și exprimarea vitezei sale.

Exemple de lege a acțiunii în masă

- Când studiază o reacție ireversibilă între ionii care sunt în soluție, expresia generală a acestei legi conduce la formularea lui Brönsted-Bjerrum, care stabilește relația existentă dintre puterea ionică a speciei și viteza constantă .

- Analizând reacțiile care se desfășoară în soluții ideale diluate sau într-o stare de agregare gazoasă, se obține expresia generală a legii originale (decada anilor 80).

- Deoarece are caracteristici universale, expresia generală a acestei legi poate fi folosită ca parte a cineticii, în loc să o vadă ca parte a termodinamicii.

- Când se utilizează în electronică, această lege este folosită pentru a determina că multiplicarea dintre densitățile găurilor și electronii unei suprafețe date are o magnitudine constantă în starea de echilibru, chiar independent de dopajul care este furnizat materialului .

- Utilizarea acestei legi este cunoscută pentru a descrie dinamica existentă între prădători și pradă, presupunând că relația de prădătorie pe pradă prezintă o anumită proporție cu relația dintre prădători și pradă.

- În domeniul studiilor de sănătate, această lege poate fi aplicată și pentru a descrie anumiți factori ai comportamentului uman, din punct de vedere politic și social.

Legea acțiunii în masă în farmacologie

Presupunând că D este medicamentul și R receptorul pe care acesta acționează, ambii reacționează la originea complexului DR, responsabil pentru efectul farmacologic:

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

K este constanta de disociere.Există o reacție directă în care medicamentul acționează asupra receptorului și altul în care complexul DR disociază în compușii originali. Fiecare reacție are viteza proprie, echivalând doar în echilibru, satisfăcându-se pe sine K.

Interpretarea legii de masă literalmente, cu cât este mai mare concentrația de D, cu atât este mai mare concentrația complexului DR format.

Cu toate acestea, receptorii Rt totali au o limită fizică, deci nu există o sumă nelimitată de R pentru toate D disponibile. De asemenea, experimental în domeniul farmacologiei s-au găsit următoarele limitări la legea maselor în acest domeniu:

- Să presupunem că legătura R-D este reversibilă, când în majoritatea cazurilor nu este adevărat.

- Legătura R-D poate modifica structural una dintre cele două componente (medicamentul sau receptorul), o circumstanță care nu ia în considerare legea privind masa.

- În plus, legea de masă se oprește înainte de reacții în care intervin intermediari multipli în formarea DR.

limitări

Legea acțiunii în masă presupune că fiecare reacție chimică este elementară; cu alte cuvinte, că moleculitatea este aceeași cu ordinea de reacție corespunzătoare pentru fiecare specie implicată.

Aici, coeficienții stoichiometrici a, b, c și d sunt considerați ca numărul de molecule care intervin în mecanismul de reacție. Cu toate acestea, într-o reacție globală, acestea nu coincid neapărat cu ordinea lor.

De exemplu, pentru reacția aA + bB <=> cC + dD:

Expresia vitezei pentru reacțiile directe și inverse este:

k₁= [A]^la[B]^b

k₂= [C]^c[D]^d

Acest lucru se aplică numai reacțiilor elementare, deoarece pentru reacțiile globale, deși coeficienții stoichiometrici sunt corecți, acestea nu sunt întotdeauna ordine de reacție. În cazul reacției directe, aceasta din urmă ar putea fi:

k₁= [A]^w[B]^z

În expresia menționată w și z ar fi adevăratele ordine de reacție pentru speciile A și B.

referințe

1. Jeffrey Aronson. (19 noiembrie 2015). Legile vieții: Legea de masă a lui Guldberg și Waage. Adus pe 10 mai 2018, de la: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Legea acțiunii în masă. Adus pe 10 mai 2018, de la: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Legea acțiunii în masă și a echilibrului constant. Adus pe 10 mai 2018, de la: askiitians.com
4. Salvat Enciclopedia Științelor. (1968). Chimie. Volumul 9, Salvat S.A. de editii Pamplona, ​​Spania. P 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Chimie fizică în Termodinamica si echilibrul chimic. (Ediția a patra). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev (2018). Legea acțiunii în masă în farmacodinamică. Adus pe 10 mai 2018, de la: derangedphysiology.com