Valintakoe A: Tekniikka ja luonnontieteet
Mikä on tasapainovakio ja miten se lasketaan?
Tasapainovakio K kuvaa kemiallisen tasapainon asemaa. Reaktiolle aA + bB ⇌ cC + dD se on K = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ), missä hakasulkeet ovat tasapainokonsentraatioita ja kertoimet eksponentteja. Suuri K tarkoittaa, että tasapainossa on paljon tuotteita. Tasapainovakio riippuu vain lämpötilasta, ei pitoisuuksista eikä katalyytistä.
Tasapaino on dynaaminen: meno- ja paluureaktio jatkuvat, mutta yhtä nopeasti, joten pitoisuudet eivät muutu. Kiinteät aineet ja puhtaat nesteet jätetään tasapainovakion lausekkeesta pois, koska niiden pitoisuus ei muutu.
Le Chatelier'n periaatteen mukaan tasapaino siirtyy suuntaan, joka vastustaa ulkoista muutosta. Jos lähtöainetta lisätään, tasapaino siirtyy tuotteiden suuntaan. Paineen kasvu siirtää kaasutasapainoa suuntaan, jossa on vähemmän kaasumolekyylejä. Katalyytti nopeuttaa tasapainon asettumista mutta ei siirrä sitä.
Lämpötilan muutos muuttaa itse tasapainovakion arvoa. Eksotermisessä reaktiossa lämpötilan nousu pienentää K:ta, ja endotermisessä se kasvattaa K:ta.
Kaava
aA + bB ⇌ cC + dD: K = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ)
kiinteät aineet ja puhtaat nesteet jätetään pois
Esimerkki
Reaktion H₂ + I₂ ⇌ 2 HI tasapainossa [H₂] = 0,020 mol/l, [I₂] = 0,020 mol/l ja [HI] = 0,14 mol/l. Laske tasapainovakio.
- Lauseke: K = [HI]² / ([H₂][I₂]).
- Osoittaja: 0,14² = 0,0196.
- Nimittäjä: 0,020 · 0,020 = 0,00040.
- K = 0,0196 / 0,00040 = 49.
Tyypillinen virhe
Kertoimet jätetään eksponenteista pois tai tuotteet ja lähtöaineet vaihtavat paikkaa. Esimerkissä ilman eksponenttia tulos olisi 0,14 / 0,00040 = 350 eikä 49.
Valintakokeessa A
Kemiallinen tasapaino kuuluu lukion kemiaan, johon valintakokeen A fysiikan ja kemian osio perustuu. Tasapainolaskuissa tarvitaan usein myös toisen asteen yhtälöä, kun tasapainokonsentraatiot ratkaistaan alkupitoisuuksista.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe A -kurssin luvussa 30: Reaktionopeus, tasapaino ja pH laskuina. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mitä Le Chatelier'n periaate tarkoittaa?
Periaatteen mukaan tasapainossa oleva systeemi reagoi ulkoiseen muutokseen siirtymällä suuntaan, joka vastustaa muutosta. Jos tuotetta poistetaan, tasapaino siirtyy tuottamaan sitä lisää. Jos lämpötilaa nostetaan, endoterminen suunta vahvistuu. Periaate kertoo muutoksen suunnan mutta ei sen suuruutta.
Muuttaako katalyytti tasapainovakiota?
Ei muuta. Katalyytti alentaa aktivoitumisenergiaa ja nopeuttaa meno- ja paluureaktiota yhtä paljon. Siksi tasapaino saavutetaan nopeammin, mutta tasapainokonsentraatiot ja tasapainovakio pysyvät samoina. Tasapainovakiota muuttaa vain lämpötila. Teollisuudessa katalyyttiä käytetään siksi nopeuttamaan tuotantoa.