Ekilibriyong kemikal

Sinasabing ang isang pagsasanib ay nasa ekilibriyong kimikal (o kapanatagang kimikal) kung walang pagbabago ang konsentrasyon ng mga magsasanib (reactants) at mga produkto ng pagsasanib (products) sa paglipas ng oras. Kahit sinasabing walang pagbabago ang konsentrasyon ng mga espesye, ang sistemang nasa ekilibriyong kimikal ay gumagalaw pa rin, subalit magkatumbas ang takbo ng pasulong at pabalik na pagsasanib. Dahil sa pagiging magkatubas ng takbo ng dalawa, walang netong pagbabago sa konsentrasyon ng mga magsasanib at produkto.

Tinatawag ding dinamikong ekilbriyo ang prosesong ito.^[1]

Konstant ng Ekilibrio

Tunghayan ang sumusod na palansak na baliktaring pagsasanib

$mA+nB\leftrightarrow pC+qD$

Isang halimbawa ng isang pagsasanib na nasa ekilibriyong kimikal ay sa pagitan ng ferric nitrate at potassium thiocyanate. Ang mga iono ng Fe³⁺ at SCN⁻ ay nagsasanib upang makabuo ng FeSCN²⁺, na kulay pula.

Itinatakda ng konstant ng ekilibriyo K_eq bilang

$K_{eq}\equiv {\frac {\left[C\right]^{p}\left[D\right]^{q}}{\left[A\right]^{m}\left[B\right]^{n}}}$

Ang [A],[B], atbp. ay kumakatawan sa aktibidad o kilos kimikal ng mga magsasanib at produkto na kung minsan ay itinataya sa paggamit ng konsentrasyong molar. Sa pagsasanib naman sa paseng gas, ay paggamit ng mga parsyal na presyon na nagbibigay ng estimasyon. Ang konstant ng ekilibryo sa gas at sa isang solusyon ay maaaring ihambing sa pamamagitan ng sumusunod na tumbasan:

$K_{p}=K_{c}(RT)^{{\Delta }n_{g}}$

kung saan ang K_p ay ang konstant ng ekilibryo sa gas, ang K_c ay ang konstant ng ekilibryo sa solusyon, ang R ay ang konstant ng gas, ang T ay ang temperatura, at ang Δn_g ay ang pagbabago sa dami ng mole ng gas sa reaksiyon.

Sinuman ay makagagawa ng isang solusyon na kung saan ang rasyo ng konsentrasyon sa kanan ng ekwasyon (na tinatawag na reaction quotient) ay hindi katumbas ng K_eq. Ang konsentrasyon nito ay wala sa ekilibrio. Magsisimula itong magbago hanggang ang tagway ng konsentrasyon ay makatumbas ang K_eq.

Kaya, ang konsentrasyon sa sistemang ito ay nasa ekilibrio (i.e., hindi nagbabago sa panahon) lamang kung ang reaction quotient ay katumbas ng K_eq, at vice versa.

Gayunman, ang pagdaragdag ng isa sa mga magsasanib (halimbawa’y ng [A]) sa isang sistemang nasa ekilibrio ay magbubunsod na tumakbo pakanan ang ekilibio (i.e., patungo sa mataas na konsentrasyon ng [C] at [D] at mababang [B]). Ang dagliang pagdaragdag ng [A] ay magpapabilis sa paggawa ng C at D at mabilis na pagkawala ng B kaysa sa pabalik na pagsasanib. Sa kalaunan, mararating ng sistema ang bagong punto ng ekilibrio na kung saan ang tagway ng mga konsentrasyon ay katumbas ng K_eq.

Sinasabing nasa malayong kanan ang posisyon ng ekilibrio ng isang pagsasanib kung ang lahat ng magsasanib ay ubos na at malayong kaliwa naman kung kakaunting produkto ang nabuo mula sa mga magsasanib. Ang pagbabago ng mga kondisyones ng isang pagsasanob ay mag-uusad pakanan o pakaliwa sa ekilibrio.

Mababago ang sinetika (kinetics) ng isang pagsasanib nang walang pagbabago sa konsentrasyon ng ekilibrio nito. Ang konstant ng takbo ng pasulong at pabalik ay parehong mapararami ng parehong factor nang walang epekto sa kanilang tagway (ang konstant ng ekilibrio). Ang situwasyong ito ay madalas na nangyayari kapag ang isang katalisador (catalyst) (tulad ng isang ensima) ay idinagdag sa isang pagsasanib. Kaya, ang parehong konstant ng ekilibrio ay makikita sa mabibilis at mababagal na pagsasanib. Hindi ito nagpapahiwatig na ang isang mabilis na pasulong na pagsasanib ay mabubunga ng isang ekilibrio na nasa malayong kanan.

Datapuwat ang ekilibriong kimikal ay sinetikang itinatakda (pasulong at pabalik na takbo ay magkatumbas), ang mga katangian nito ay termodinamikong mapag-aaralan, i.e., mula sa mga malayang enerhiya ng magsasanib at produkto. Ang pangunahing ekwasyon ay ang

$\Delta G^{\circ }=-RT\ln K_{eq}$

kung saan ang ΔG° ay ang diperesnya sa istandard na malayang enerhiya sa pagitan ng produkto at magsasanib (e.g., sa kcal/mol), T ay ang absolutong temperatura sa kelvin at ang R ay ang universal gas constant. Dahil dito, ang konstant ng ekilibrio ay nakadepende sa temperaturang T at gayundin sa baryabol na umaapekto sa ΔG°, tulad ng temperatura, pH, ibang pantunaw, atbp.

Mga halimbawa ng ekilibriong kimikal

Isa na karaniwang halimbawa nito ay ang Haber-Bosch process, kung saan ang hidroheno at nitroheno ay nagsasama upang makabuo ng ammonia (amoniako). Ang ekilibrio ay narating na kapag ang takbo ng produksiyon ng ammonia ay katumbas ng kanyang takbo ng dekomposisyon (pagkagiba) nito. Ipinakikita ng Le Chatelier's principle ang matanging paghula na magagawa tungkol sa isang ekilibriong kimikal.

Ang isa pang klasikong ekilibrio ay ang pagitan sa kulay kapeng nitrogen dioxide at ng walang kulay ng dinitrogen tetroxide at gayundin ang Schlenk equilibrium.

Sa totoo, karamihan ng set ng baliktaring mga pagsasanib ay mayroong panatag na ekilibrio. Kung minsan, ang konsentrasyon ay hindi titigil sa isang tiyak na halaga sa eklibrio bagkus magpapaugoy-ugoy ng walang katapusan. Isang magandang halimbawa rito ay ang Belousov-Zhabotinsky reaction.

Batayan

• Malaking bahagi ng nilalaman ng artikulong ito ay mula sa artikulong "en:Chemical equilibrium" ng English Wikipedia (5 Oktubre 2006).

1. ^ Atkins, Peter; Jones, Loretta. Princípios de química : Questionando a vida moderna e o meio ambiente. Tradução por Ignez Caracelli et alii. Porto Alegre : Bookman, 2001. (Translated from Atkins, Peter; Jones, Loretta. Chemistry: the quest for insight). Vaibhav Patel 2005, Christian Hart 2006, Glen Paxman 2006, Andrew Thompson 2006. Leventhorpe publications

2. P W Atkins Physical Chemsitry, Oxford