Prawo działania mas
Z Wikipedii
Prawo działania mas (ang. mass-action law), zwane także prawem Guldberga i Waagego - wyprowadzone w 1864 r.[1] przez norweskich chemików Guldberga i Waagego wyrażone w terminach współczesnej chemii brzmi:
- Szybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do efektywnego stężenia wszystkich uczestniczących w niej reagentów.
Jest to fundamentalne prawo, stanowiące podstawę współczesnej kinetyki chemicznej i wszelkich obliczeń uwzględniających fakt występowania równowagi reakcji chemicznych.
Prawo to na poziomie molekularnym wynika z faktu, że szybkość reakcji zależy od liczby efektywnych zderzeń reagujących ze sobą indywiduów chemicznych w jednostce czasu. Fundamentem prawa działania mas jest przyjęcie założenia, że prawdopodobieństwo to nie zależy od tego co działo się wcześniej z reagującymi indywiduami, lecz wyłącznie od ich liczby w jednostce objętości i średniej energii kinetycznej ich ruchu.
Efektywne stężenie nie zawsze odpowiada prostemu stężeniu molowemu danej substancji, ze względu na to, że różne czynniki środowiskowe powodują obniżenie ruchliwości reagujących cząsteczek. Stąd czasami, gdy w równaniach równowagi chemicznej stosuje się zwykłe stężenia molowe można obserwować pozorne odstępstwa od prawa działania mas. Problem ten znika, gdy zamiast stężenia podstawi się do odpowiednich równań odpowiednie aktywności reagentów.
Spis treści |
[edytuj] Wnioski z prawa działania mas
Niektóre wnioski z prawa działania mas są często mylone z nim samym - co szczególne dotyczy zastosowania tego prawa do równowag chemicznych.
Kilka przykładowych wniosków z prawa działania mas:
- Spadek stężenia każdego z substratów musi skutkować proporcjonalnym spowolnieniem reakcji, nawet jeśli pozostałe substraty występują w nadmiarze do niego.
- Stężenie żadnego z reagentów nie może wynosić zero, gdyż wówczas reakcja po prostu nie zachodzi, nawet jeśli w układzie występują pozostałe reagenty.
- W reakcjach równowagowych - zmiana szybkości reakcji w stronę od substratów do produktów, poprzez użycie metod zmieniających jej mechanizm np: użycie katalizatora powoduje automatycznie dokładnie taką samą zmianę szybkości reakcji w drugą stronę - z tego względu w stanie chemicznej równowagi dynamicznej - stężenie substratów i produktów jest stałe w danych warunkach termodynamicznych i nie można go zmienić przez dodanie do układu reakcji katalizatora.
[edytuj] Matematyczny zapis prawa działania mas
[edytuj] Dla szybkości reakcji chemicznej
Dla prostej reakcji addycji odbywające się w fazie gazowej zgodnie z równaniem:
w układzie występują trzy rodzaje cząsteczek - substraty A i B oraz produkt A2B.
Zgodnie z prawem działania mas szybkość tej reakcji powinna odpowiadać prawdopodobieństwu efektywnego zderzenia się dwóch cząsteczek A z jedną B. Prawo działania mas zakłada, że prawdopodobieństwa te są proporcjonalne do aktywności chemicznych (odpowiednio [A] i [B]) tych substratów, co można zapisać jako:
![r= k \times [A] \times [A] \times [B]](http://upload.wikimedia.org/math/1/1/d/11d0c4fb75322bc5e7de713f6df6fbd6.png)
- gdzie k to współczynnik szybkości reakcji, a r - szybkość zaniku substratów A i B.
Aktywność [A] - występuje w równaniu dwa razy, a [B] tylko raz, gdyż do zajścia reakcji konieczne jest zderzenie się dwóch cząsteczek A i jednej B.
Zakładając, że produkt A2B nie ulega dalszym przemianom ani nie jest w żaden sposób wydzielany z układu reakcji, można zgodnie z prawem działania mas zapisać pełne równanie różniczkowe szybkości tej reakcji:
![\frac{d[A_2B]}{dt} = k \times [A]^2 \times [B]](http://upload.wikimedia.org/math/7/1/d/71d5dc2559546561babafb36769f9738.png)
.
[edytuj] Dla równowagi chemicznej
Analogicznie do poprzedniego przykładu, dla reakcji równowagowej, zachodzącej na raz w obu kierunkach w sposób zapisany równaniem:
i przy założeniu, że przebiega ona w zamkniętym układzie oraz jest jednoetapowa, równanie na jej szybkość zgodnie z prawem działania mas wygląda następująco:
![\frac{d[C]}{dt} = k_{AB} \times [A]^2 \times [B] - k_{CD} \times [C] \times [D]](http://upload.wikimedia.org/math/1/4/d/14db24aea368f8a88176ef2a02ca3db6.png)
- gdzie kAB i kCD są odpowiednio współczynnikami szybkości reakcji w prawą i lewą stronę, reakcja równowagowa jest bowiem w istocie efektem przebiegu dwóch reakcji - z których każda przebiega w odwrotnym kierunku.
Pierwszy człon tego równania:
![k_{AB} \times [A]^2 \times [B]](http://upload.wikimedia.org/math/a/2/5/a25af5c9b35092e28c785bdf08a3395d.png)
wynika z przebiegu reakcji z prawej na lewą:
który powoduje wzrost efektywnego stężenia produktów C i D,
zaś drugi człon:
![- k_{CD} \times [C] \times [D]](http://upload.wikimedia.org/math/3/0/f/30f7bad09a833dfc3276a1be0878e9f9.png)
wynika z przebiegu reakcji z lewej na prawą:
i jest zapisany ze znakiem "-", gdyż reakcja ta prowadzi do spadku efektywnego stężenia produktów C i D.
Jeśli układ pozostaje w równowadze chemicznej, to wówczas szybkość reakcji z prawej na lewą i z lewej na prawą musi być jednakowa, co zapisuje się następująco:
![k_{AB} \times [A]^2 \times [B] = k_{CD} \times [C] \times [D]](http://upload.wikimedia.org/math/8/0/1/80139fbcaca1a95376919afb59accae1.png)
Podzielenie powyższego równania stronami prowadzi do ogólnego wzoru na stałą równowagi chemicznej (Keq) dla tego układu:
![K_{eq} = \frac{[C][D]}{[A]^2[B]} = \frac{k_{AB}}{k_{CD}}](http://upload.wikimedia.org/math/9/8/8/988d25e54c0400a79e15e28ebcde6adf.png)
Znając wartość stałej równowagi chemicznej Keq dla danej reakcji można łatwo obliczyć równowagowe stężenie wszystkich reagentów, a także przewidzieć jakie nastąpią zmiany stężenia reagentów np. A i B po dodaniu do układu określonej ilości C i D.
"Stała równowagi" Keq - jest stała tylko o tyle, o ile stała pozostaje proporcja współczynników szybkości reakcji kAB i kCD. Jeśli jakiś czynnik (np.: zmiana temperatury) spowoduje np: wzrost kAB przy jednoczesnym spadku kCD to wówczas "stała równowagi" Keq również ulegnie zmianie.
Równanie na stałą równowagi chemicznej jest często błędnie nazywane prawem działania mas. W rzeczywistości jednak równanie to jest tylko jednym z wielu możliwych wniosków wynikających z tego prawa, zastosowanym do określonej reakcji równowagowej.
[edytuj] Bibliografia
- Andrzej Staronka, Chemia fizyczna, skrypt uczelniany AGH, Kraków 1994, ISBN: brak.
Przypisy
- ↑ Waage, P.; Guldberg, C. M. Forhandlinger: Videnskabs-Selskabet i Christiana, 1864, 35
| Sikorski: Czekamy na decyzję w sprawie tarczy |
Minister spraw zagranicznych Radosław Sikorski zakończył w piątek wizytę w stolicy USA, celem której było wysondowanie poglądów polityków Partii Demokratycznej w sprawie tarczy antyrakietowej i w innych kwestiach dotyczących stosunków polsko-amerykańskich. |
| Po obfitych opadach śniegu tiry zablokowały drogę |
Obfite opady śniegu spowodowały, że w piątek wieczorem na świętokrzyskich drogach panują trudne warunki. Tiry zablokowały trasę krajową 42 Namysłów-Rudnik w okolicy Wąchocka. Od popołudnia w wypadkach zginęło pięć osób - poinformowała policja. |
| Senyszyn: Sejm nie jest wolny od picia, dziś trafiło na Kruk |
- Ze statystyki wynika, że 83 posłów nadużywa alkoholu, a 14 to alkoholicy. W rzeczywistości liczby te mogą być większe - pisze na swoim blogu posłanka Joanna Senyszyn. Podkreśla, że Sejm jako emanacja społeczeństwa, które reprezentuje, "nie jest wolny od plagi picia". |
| PO w ośrodku SPA podsumowuje rok pracy rządu |
Z ponad dwugodzinnym opóźnieniem rozpoczęło się w piątek w miejscowości Ossa k. Rawy Mazowieckiej dwudniowe wyjazdowe posiedzenie klubu parlamentarnego Platformy Obywatelskiej. Zjazd odbywa się w czterogwiazdkowym hotelu Ossa Congress and SPA z ofertą odnowy biologicznej. Klub podsumuje rok działania rządu i koalicji PO- PSL. Na posiedzenie przybył premier Donald Tusk i ministrowie. |
| Cenne mapy i listy Mickiewicza trafią do Polski |
Kolekcjoner Tomasz Niewodniczański powiedział w piątek, że zamierza wkrótce przekazać polską część swoich zbiorów kartograficznych i archiwalnych Zamkowi Królewskiemu w Warszawie. |
| Ruszył proces prześladowcy młodej dentystki |
Proces bezrobotnego Sebastiana W., który przez ponad rok miał nękać dwudziestokilkuletnią dentystkę, a także jej ojca i znajomego rozpoczął się dziś przed warszawskim sądem rejonowym. Oskarżony swe działania tłumaczył przed sądem "zakochaniem", nie przyznał się do przestępstw. |
| Zarzuty dla dwóch pracowników prezydenta Karnowskiego |
Prokuratura postawiła zarzuty sekretarzowi miasta oraz kierowcy prezydenta Sopotu, Jacka Karnowskiego. Obaj mieli brać udział w ustawieniu przetargu na auto dla prezydenta. |
| Warszawa się wali: most z dziurą na wylot |
Od piątku nie można jeździć przez mostek na Kanale Żerańskim w Kobiałce - oberwał się z niego kawałek jezdni. Pogotowie drogowe w ostatniej chwili zawróciło dwie betoniarki zmierzające nim na pobliską budowę. Zarząd Transportu Miejskiego musiał wycofać autobusy |
| Pogoda na weekend: będzie zimno i spadnie śnieg |
Przed intensywnymi opadami śniegu oraz oblodzeniem na drogach ostrzega Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW). Utrudnienia komunikacyjne mogą wystąpić już w piątek po południu. |
| 28 osób oskarżonych o fałszowanie list poparcia przed wyborami |
28 osób z Rybnika i okolic zostało oskarżonych o złamanie prawa przy zbieraniu i sporządzaniu list poparcia dla kandydatów na posłów w wyborach do Sejmu w 2005 roku. |
