ЗАКОН МАСОВОЇ ДІЇ: ДОДАТКИ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Закон дії мас встановлює зв'язок між активними масами реагентів і що продукти, в рівноважних умовах і в однорідних системах (розчини або газова фаза). Її сформулювали норвезькі вчені К. М. Гульдберг та П. Вааж, які визнали, що рівновага є динамічним та не статичним.

Чому динамічний? Тому що темпи прямої та зворотної реакцій рівні. Активні маси зазвичай виражені моль / л (молярність). Таку реакцію можна записати так: aA + bB <=> cC + dD. Для рівноваги, наведеної у цьому прикладі, співвідношення між реагентами та продуктами проілюстровано у рівнянні на зображенні нижче.

K завжди постійний, незалежно від початкових концентрацій речовин до тих пір, поки температура не змінюється. Тут A, B, C і D - реактиви та продукти; а a, b, c і d - їх стехіометричні коефіцієнти.

Числове значення K - характерна константа для кожної реакції при заданій температурі. Отже, K - це те, що називається константою рівноваги.

Позначення означає, що в математичному виразі концентрації з'являються в одиницях моль / л, піднятих до потужності, що дорівнює коефіцієнту реакції.

Який закон масової дії?

Як було сказано раніше, закон масової дії виражає, що швидкість даної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій виду реагентів, де концентрація кожного виду підвищена до потужності, рівної його коефіцієнту стехіометричні в хімічному рівнянні.

У цьому сенсі це можна краще пояснити, маючи зворотну реакцію, загальне рівняння якої проілюстровано нижче:

aA + bB ↔ cC + dD

Де A і B являють собою реагенти, а речовини з назвою C і D являють собою продукти реакції. Так само значення a, b, c і d являють собою стехіометричні коефіцієнти A, B, C і D відповідно.

Починаючи з попереднього рівняння, отримується згадана раніше константа рівноваги, яка ілюструється як:

K = ^{c d} / ^{a b}

Якщо константа рівноваги K дорівнює коефіцієнту, в якому чисельник складається з множення концентрацій продуктів (у рівноважному стані), піднятих до їх коефіцієнта в збалансованому рівнянні, а знаменник складається з аналогічного множення але серед реагентів, підвищених до коефіцієнта, який їх супроводжує.

Значення постійної рівноваги

Слід зазначити, що рівноважні концентрації виду повинні використовуватися в рівнянні для обчислення константи рівноваги до тих пір, поки немає змін до них або до температури системи.

Таким же чином, величина рівноважної константи надає інформацію про напрямок, який сприятливий для реакції в рівноважному стані, тобто виявляє, чи сприятлива реакція щодо реагентів або продуктів.

У випадку, якщо величина цієї константи набагато більша, ніж єдність (K »1), рівновага зміститься вправо і надасть перевагу продуктам; Якщо, якщо величина цієї константи набагато менша, ніж одиниця (K «1), рівновага зміститься вліво і надасть перевагу реагентам.

Аналогічно, хоча за умовою вказується, що речовини лівої сторони стрілки - це реагенти, а ті, що в правій - продукти, це може бути дещо заплутаним, що реагенти, що надходять з реакції в прямий сенс стають продуктами реакції у зворотному і навпаки.

Хімічний баланс

Реакції часто досягають рівноваги між кількістю вихідних речовин та кількістю продуктів, що утворюються. Цей баланс може додатково зміщуватися, сприяючи збільшенню або зменшенню одного з речовин, які беруть участь у реакції.

Аналогічний факт має місце при дисоціації розчиненої речовини: під час реакції зникнення вихідних речовин та утворення продуктів можна спостерігати експериментально зі змінною швидкістю.

Швидкість реакції сильно залежить від температури та різною мірою від концентрації реагентів. Насправді ці фактори вивчаються особливо хімічною кінетикою.

Однак ця рівновага не є статичною, а походить від співіснування прямої та зворотної реакції.

У прямій реакції (->) утворюються продукти, в той час як у зворотній реакції (<-) вони відновлюються вихідними речовинами.

Це являє собою те, що називають динамічною рівновагою, згаданою вище.

Рівновага в гетерогенних системах

У гетерогенних системах, тобто в тих, що утворюються декількома фазами, концентрації твердих речовин можна вважати постійними, опускаючи математичний вираз для К.

CaCO ₃ (s) <=> CaO (s) + CO ₂ (g)

Таким чином, при рівновазі розкладання карбонату кальцію його концентрацію та концентрацію оксиду, що утворюється, можна вважати постійною незалежно від його маси.

Зміна балансу

Числове значення константи рівноваги визначає, сприяє чи ні реакція утворенню продуктів. Коли K більше 1, система рівноваги матиме більш високу концентрацію продуктів, ніж реагентів, а якщо K менше 1, відбувається навпаки: в рівновазі буде більша концентрація реагентів, ніж продукти.

Принцип ле Шательє

Вплив коливань концентрації, температури та тиску може змінити швидкість реакції.

Наприклад, якщо в результаті реакції утворюються газоподібні продукти, збільшення тиску над системою призводить до течії реакції у зворотному напрямку (у напрямку до реагентів).

Взагалі неорганічні реакції, що відбуваються між іонами, проходять дуже швидко, тоді як органічні мають значно менші швидкості.

Якщо в результаті реакції виробляється тепло, підвищення зовнішньої температури має тенденцію орієнтувати його у зворотному напрямку, оскільки зворотна реакція є ендотермічною (поглинає тепло).

Так само, якщо надлишок буде викликаний в одному з реагентів в системі, що знаходиться в рівновазі, інші речовини утворюватимуть продукти для максимальної нейтралізації зазначеної модифікації.

В результаті рівновага зміщується на користь того чи іншого шляху за рахунок збільшення швидкості реакції таким чином, що значення K залишається постійним.

Усі ці зовнішні впливи та рівноваги на протидію їм - це те, що відомо як принцип Ле Шательє.

Програми

Незважаючи на величезну корисність, коли цей закон було запропоновано, він не мав бажаного впливу чи актуальності для наукового співтовариства.

Однак, починаючи з ХХ століття, він набув відомості завдяки тому, що британські вчені Вільям Ессон та Вернон Харкорт знову взялися за нього через кілька десятиліть після оприлюднення.

Закон масової дії з часом отримав багато застосувань, деякі з яких перелічені нижче:

• Оскільки це сформульовано з точки зору активності, а не концентрації, це корисно для визначення відхилень від ідеальної поведінки реагентів у розчині, якщо це відповідає термодинаміці.
• Коли реакція наближається до рівноваги, можна передбачити залежність між чистою швидкістю реакції та миттєвою вільною енергією Гіббса реакції.
• У поєднанні з принципом детальної рівноваги загалом цей закон передбачає результуючі значення, відповідно до термодинаміки, активності та константи в стані рівноваги, а також співвідношення між ними та отриманими константами швидкості реакції в прямому і зворотному напрямках.
• Коли реакції мають елементарний тип, застосовуючи цей закон, отримують відповідне рівняння рівноваги для даної хімічної реакції та вирази її швидкості.

Приклади закону масової дії

-При вивченні незворотної реакції між іонами, знайденими в розчині, загальне вираження цього закону призводить до рецептури Бронстеда-Б'єрума, яка встановлює взаємозв'язок між іонною силою виду і постійною швидкістю .

-При аналізі реакцій, які проводяться в розведених ідеальних розчинах або в стані газоподібної агрегації, виходить загальний вираз початкового закону (десятиліття 80-х).

-Якщо він має універсальні характеристики, загальне вираження цього закону можна використовувати як частину кінетики, а не розглядати його як частину термодинаміки.

-При використанні в електроніці цей закон застосовується для визначення того, що множення між щільністю отворів та електронами даної поверхні має постійну величину в рівноважному стані, навіть незалежно від легування, яке надходить до матеріалу .

-Використання цього закону для опису динаміки між хижаками та здобиччю широко відоме, якщо припустити, що відносини хижаків на здобич становлять певну пропорцію відношення між хижаками та здобиччю.

-У галузі медико-санітарних досліджень цей закон може бути застосований навіть для опису певних факторів поведінки людини з політичної та соціальної точки зору.

Закон масових дій у фармакології

Якщо припустити, що D - лікарський засіб, а R - рецептор, на який він діє, обидва реагують на виникнення комплексу ДР, відповідального за фармакологічний ефект:

К = /

K - константа дисоціації. Відбувається пряма реакція, при якій препарат діє на рецептор, а інша, коли комплекс DR дисоціює на вихідні сполуки. Кожна реакція має свою швидкість, що дорівнює собі лише при рівновазі, при цьому К. задовольняється.

Інтерпретуючи закон маси на букву, чим вища концентрація D, тим вище утворюється концентрація DR-комплексу.

Однак загальні приймачі Rt мають фізичну межу, тому не існує необмеженої кількості R для всіх наявних D. Так само експериментальні дослідження в галузі фармакології виявили такі обмеження закону про масу в цій галузі:

- Мається на увазі, що RD-посилання є оборотним, коли в більшості випадків насправді це не так.

- RD-ланка може структурно змінювати будь-який з двох компонентів (лікарський засіб або рецептор), обставина, яка не розглядається масовим законодавством.

- Крім того, закон про масу слабшає перед реакціями, коли у формуванні РД втручаються численні посередники.

Обмеження

Закон масової дії передбачає, що кожна хімічна реакція є елементарною; іншими словами, що молекулярність є такою ж, як і відповідний порядок реакцій для кожного залученого виду.

Тут стехіометричні коефіцієнти a, b, c і d розглядаються як кількість молекул, що беруть участь у механізмі реакції. Однак у глобальній реакції вони не обов'язково відповідають вашому замовленню.

Наприклад, для реакції aA + bB <=> cC + dD:

Вираз швидкості для прямих та зворотних реакцій:

Це стосується лише елементарних реакцій, оскільки для глобальних, хоча стехіометричні коефіцієнти є правильними, вони не завжди є порядками реакцій. У разі прямої реакції останньою може бути:

У цьому виразі w і z були б справжніми порядками реакцій для видів A і B.

Список літератури

1. Джефрі Аронсон. (2015 р., 19 листопада). Закони життя: Закон масових дій Гулдберга та Ваега. Отримано 10 травня 2018 року з: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Закон масової дії. Отримано 10 травня 2018 року з: sciencehq.com
3. аскійтани. (2018). Закон масової дії та постійної рівноваги. Отримано 10 травня 2018 року з: askiitians.com
4. Сальватська енциклопедія наук. (1968). Хімія. Том 9, Сальват С. А. едікіонів Памплона, Іспанія. Р 13-16.
5. Вальтер Дж. Мур. (1963). Фізична хімія. У термодинаміці та хімічній рівновазі. (Четвертий ред.). Лонгмани. Р 169.
6. Олексій Ярцев. (2018). Закон масової дії у фармакодинаміці. Отримано 10 травня 2018 року з: derangedphysiology.com