กฎแห่งการกระทำโดยรวม: การใช้งานตัวอย่าง - เคมี

กฎหมายของการกระทำมวลกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างมวลชนที่ใช้งานของสารตั้งต้นและของผลิตภัณฑ์ภายใต้เงื่อนไขที่สมดุลและในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน (หรือการแก้ปัญหาขั้นตอนแก๊ส) มันถูกกำหนดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวนอร์เวย์ CM Guldberg และ P. Waage ซึ่งยอมรับว่าสมดุลนั้นเป็นแบบไดนามิกและไม่คงที่

ทำไมต้องไดนามิก เนื่องจากอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับมีค่าเท่ากัน มวลที่ใช้งานมักจะแสดงโมล / ลิตร (โมลาริตี) ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถเขียนได้ดังนี้ aA + bB <=> cC + dD สำหรับความสมดุลที่อ้างถึงในตัวอย่างนี้ความสัมพันธ์ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แสดงอยู่ในสมการในภาพด้านล่าง

K จะคงที่เสมอโดยไม่คำนึงถึงความเข้มข้นเริ่มต้นของสารตราบใดที่อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ที่นี่ A, B, C และ D คือสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ในขณะที่ a, b, c และ d คือสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริก

ค่าตัวเลขของ K เป็นค่าคงที่สำหรับแต่ละปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนด ดังนั้น K คือสิ่งที่เรียกว่าค่าคงที่สมดุล

สัญกรณ์หมายความว่าในนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ความเข้มข้นจะปรากฏเป็นหน่วยของโมล / ลิตรยกกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ปฏิกิริยา

กฎของการกระทำมวลคืออะไร?

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้กฎของการกระทำของมวลเป็นการแสดงออกว่าความเร็วของปฏิกิริยาที่กำหนดนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของชนิดของสารตั้งต้นซึ่งความเข้มข้นของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะเพิ่มขึ้นเป็นกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ของมัน stoichiometric ในสมการเคมี

ในแง่นี้สามารถอธิบายได้ดีขึ้นโดยการมีปฏิกิริยาย้อนกลับสมการทั่วไปซึ่งแสดงไว้ด้านล่าง:

aA + bB ↔ cC + dD

โดยที่ A และ B เป็นตัวแทนของสารตั้งต้นและสารชื่อ C และ D แสดงถึงผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ในทำนองเดียวกันค่าของ a, b, c และ d แทนค่าสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริกของ A, B, C และ D ตามลำดับ

เริ่มจากสมการก่อนหน้าจะได้ค่าคงที่สมดุลที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ซึ่งแสดงเป็น:

K = ^ค^d / ^a^ข

โดยที่ค่าคงที่สมดุล K เท่ากับผลหารซึ่งตัวเศษประกอบด้วยการคูณของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ (ในสภาวะสมดุล) ที่เพิ่มขึ้นเป็นค่าสัมประสิทธิ์ในสมการสมดุลและตัวส่วนประกอบด้วยการคูณที่คล้ายกัน แต่ในบรรดาสารตั้งต้นที่เพิ่มขึ้นเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่มาพร้อมกับพวกเขา

ความหมายของค่าคงที่สมดุล

ควรสังเกตว่าต้องใช้ความเข้มข้นสมดุลของสิ่งมีชีวิตในสมการเพื่อคำนวณค่าคงที่สมดุลตราบใดที่ไม่มีการปรับเปลี่ยนสิ่งเหล่านี้หรืออุณหภูมิของระบบ

ในทำนองเดียวกันค่าของค่าคงที่สมดุลจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางที่ได้รับการสนับสนุนในปฏิกิริยาที่สมดุลนั่นคือแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยานั้นดีต่อสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์หรือไม่

ในกรณีที่ขนาดของค่าคงที่นี้มากกว่าเอกภาพมาก (K » 1) ดุลยภาพจะเปลี่ยนไปทางขวาและให้ความสำคัญกับผลิตภัณฑ์ ในขณะที่ขนาดของค่าคงที่นี้น้อยกว่าเอกภาพมาก (K « 1) สมดุลจะเลื่อนไปทางซ้ายและให้ความสำคัญกับสารตั้งต้น

ในทำนองเดียวกันแม้ว่าตามแบบแผนจะระบุว่าสารทางด้านซ้ายของลูกศรเป็นสารตั้งต้นและสารที่อยู่ทางด้านขวาเป็นผลิตภัณฑ์ แต่ก็อาจทำให้สับสนเล็กน้อยว่าสารตั้งต้นที่มาจากปฏิกิริยาใน ความรู้สึกโดยตรงกลายเป็นผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยาในทางกลับกันและในทางกลับกัน

สมดุลทางเคมี

ปฏิกิริยามักจะเกิดความสมดุลระหว่างปริมาณของสารเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ความสมดุลนี้ยังสามารถเปลี่ยนความนิยมในการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของหนึ่งในสารที่เข้าร่วมในปฏิกิริยา

ความจริงที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นในการแยกตัวของสารที่ละลาย: ในระหว่างปฏิกิริยาการหายไปของสารเริ่มต้นและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์สามารถสังเกตได้โดยการทดลองด้วยความเร็วตัวแปร

อัตราของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและองศาที่แตกต่างกันกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ในความเป็นจริงปัจจัยเหล่านี้ได้รับการศึกษาโดยเฉพาะโดยจลนศาสตร์เคมี

อย่างไรก็ตามดุลยภาพนี้ไม่คงที่ แต่มาจากการอยู่ร่วมกันของปฏิกิริยาโดยตรงและปฏิกิริยาผกผัน

ในปฏิกิริยาโดยตรง (->) ผลิตภัณฑ์จะเกิดขึ้นในขณะที่ในปฏิกิริยาผกผัน (<-) พวกมันสร้างสารเริ่มต้นขึ้นมาใหม่

สิ่งนี้ถือเป็นสิ่งที่เรียกว่าสมดุลไดนามิกดังที่ได้กล่าวมาแล้ว

สมดุลในระบบที่แตกต่างกัน

ในระบบที่แตกต่างกัน - นั่นคือในสิ่งที่เกิดขึ้นจากหลายขั้นตอน - ความเข้มข้นของของแข็งถือได้ว่าเป็นค่าคงที่โดยละเว้นจากนิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับ K.

CaCO ₃ (s) <=> CaO (s) + CO ₂ (g)

ดังนั้นในสมดุลการสลายตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตความเข้มข้นและของออกไซด์ที่เกิดขึ้นจึงถือได้ว่าคงที่โดยไม่คำนึงถึงมวลของมัน

การปรับสมดุล

ค่าตัวเลขของค่าคงที่สมดุลจะเป็นตัวกำหนดว่าปฏิกิริยานั้นเอื้อต่อการก่อตัวของผลิตภัณฑ์หรือไม่ เมื่อ K มีค่ามากกว่า 1 ระบบสมดุลจะมีความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้นและถ้า K น้อยกว่า 1 สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้น: ในสภาวะสมดุลจะมีความเข้มข้นของสารตั้งต้นมากกว่าผลิตภัณฑ์

หลักการ Le Chatelier

อิทธิพลของการแปรผันของความเข้มข้นอุณหภูมิและความดันสามารถเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้

ตัวอย่างเช่นหากผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซเกิดขึ้นในปฏิกิริยาการเพิ่มขึ้นของความดันเหนือระบบจะทำให้ปฏิกิริยาวิ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม (ไปยังสารตั้งต้น)

โดยทั่วไปปฏิกิริยาอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นระหว่างไอออนนั้นเร็วมากในขณะที่ปฏิกิริยาอินทรีย์มีความเร็วต่ำกว่ามาก

หากเกิดความร้อนในปฏิกิริยาการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิภายนอกมีแนวโน้มที่จะปรับทิศทางไปในทิศทางตรงกันข้ามเนื่องจากปฏิกิริยาย้อนกลับคือความร้อน (ดูดซับความร้อน)

ในทำนองเดียวกันหากเกิดส่วนเกินในสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งภายในระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุลสารอื่น ๆ จะสร้างผลิตภัณฑ์เพื่อต่อต้านการดัดแปลงดังกล่าวให้ได้สูงสุด

เป็นผลให้ดุลยภาพเปลี่ยนไปทางใดทางหนึ่งโดยการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาในลักษณะที่ค่าของ K คงที่

อิทธิพลภายนอกทั้งหมดเหล่านี้และการตอบสนองความสมดุลเพื่อต่อต้านพวกมันคือสิ่งที่เรียกว่าหลักการ Le Chatelier

การประยุกต์ใช้งาน

แม้จะมีประโยชน์มหาศาล แต่เมื่อมีการเสนอกฎหมายนี้ก็ไม่ได้มีผลกระทบหรือความเกี่ยวข้องที่ต้องการในชุมชนวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตามนับตั้งแต่ศตวรรษที่ 20 เป็นต้นมาได้รับความอื้อฉาวเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ William Esson และ Vernon Harcourt นำมันกลับมาใช้อีกครั้งหลายทศวรรษหลังจากการประกาศใช้

กฎแห่งการกระทำโดยรวมมีการใช้งานมากมายในช่วงเวลาหนึ่งซึ่งบางส่วนมีการระบุไว้ด้านล่าง:

เนื่องจากมีการกำหนดในแง่ของกิจกรรมมากกว่าความเข้มข้นจึงมีประโยชน์ในการพิจารณาความเบี่ยงเบนจากพฤติกรรมในอุดมคติของสารตั้งต้นในสารละลายตราบใดที่มันสอดคล้องกับอุณหพลศาสตร์
เมื่อปฏิกิริยาเข้าใกล้สมดุลความสัมพันธ์ระหว่างอัตราสุทธิของปฏิกิริยากับพลังงานอิสระกิบส์ในทันทีของปฏิกิริยาสามารถทำนายได้
เมื่อรวมกับหลักการสมดุลโดยละเอียดโดยทั่วไปแล้วกฎหมายนี้กำหนดให้สำหรับค่าที่เป็นผลลัพธ์ตามอุณหพลศาสตร์ของกิจกรรมและค่าคงที่ในสภาวะสมดุลตลอดจนความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านี้กับค่าคงที่ความเร็วที่เป็นผลลัพธ์ของ ปฏิกิริยาในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ
เมื่อปฏิกิริยาเป็นชนิดพื้นฐานการใช้กฎนี้จะได้รับสมการสมดุลที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่กำหนดและการแสดงออกของความเร็ว

ตัวอย่างกฎแห่งการกระทำของมวล

- เมื่อศึกษาปฏิกิริยาที่กลับไม่ได้ระหว่างไอออนที่พบในสารละลายการแสดงออกทั่วไปของกฎนี้จะนำไปสู่การกำหนดสูตรBrönsted-Bjerrum ซึ่งกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งแรงของไอออนิกของสิ่งมีชีวิตและค่าคงที่ของอัตรา .

- เมื่อวิเคราะห์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายในอุดมคติแบบเจือจางหรือในสถานะของการรวมตัวของก๊าซจะได้นิพจน์ทั่วไปของกฎหมายเดิม (ทศวรรษของ 80)

- เนื่องจากมีลักษณะสากลจึงสามารถใช้นิพจน์ทั่วไปของกฎนี้เป็นส่วนหนึ่งของจลนศาสตร์แทนที่จะมองว่าเป็นส่วนหนึ่งของอุณหพลศาสตร์

- เมื่อใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กฎหมายนี้ใช้เพื่อตรวจสอบว่าการคูณระหว่างความหนาแน่นของรูและอิเล็กตรอนของพื้นผิวที่กำหนดมีขนาดคงที่ในสภาวะสมดุลแม้จะเป็นอิสระจากยาสลบที่จ่ายให้กับวัสดุ .

- การใช้กฎหมายนี้เพื่ออธิบายพลวัตระหว่างผู้ล่าและเหยื่อเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายโดยสมมติว่าความสัมพันธ์ของการปล้นสะดมบนเหยื่อนั้นมีสัดส่วนที่แน่นอนกับความสัมพันธ์ระหว่างผู้ล่าและเหยื่อ

- ในสาขาการศึกษาสุขภาพกฎหมายนี้ยังสามารถใช้เพื่ออธิบายปัจจัยบางประการของพฤติกรรมมนุษย์จากมุมมองทางการเมืองและสังคม

กฎของการกระทำจำนวนมากในเภสัชวิทยา

สมมติว่า D เป็นยาและ R เป็นตัวรับที่ทำหน้าที่ทั้งสองตอบสนองต่อการกำเนิด DR complex ซึ่งรับผิดชอบต่อผลทางเภสัชวิทยา:

K = /

K คือค่าคงที่การแยกตัว มีปฏิกิริยาโดยตรงที่ยาทำหน้าที่กับตัวรับและอีกอย่างที่คอมเพล็กซ์ DR แยกตัวออกเป็นสารประกอบดั้งเดิม แต่ละปฏิกิริยามีความเร็วของตัวเองโดยจะปรับตัวให้เข้ากับสภาวะสมดุลเท่านั้นโดยที่ K. พอใจ

การตีความกฎมวลเป็นตัวอักษรยิ่งความเข้มข้นของ D สูงความเข้มข้นของ DR เชิงซ้อนก็จะยิ่งสูงขึ้น

อย่างไรก็ตามตัวรับทั้งหมด Rt มีขีด จำกัด ทางกายภาพดังนั้นจึงไม่มีจำนวน R ไม่ จำกัด สำหรับ D ที่มีทั้งหมด ในทำนองเดียวกันการศึกษาทดลองในสาขาเภสัชวิทยาพบข้อ จำกัด ต่อไปนี้ของกฎมวลในสาขานี้:

- สมมติว่าลิงก์ RD สามารถย้อนกลับได้ในกรณีส่วนใหญ่ไม่ได้จริงๆ

- พันธะ RD สามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหนึ่งในสององค์ประกอบ (ตัวยาหรือตัวรับ) ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ไม่ได้รับการพิจารณาโดยกฎมวล

- นอกจากนี้กฎมวลยังเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเผชิญกับปฏิกิริยาที่ตัวกลางหลายตัวเข้ามาแทรกแซงการก่อตัวของ RD

ข้อ จำกัด

กฎของการกระทำของมวลถือว่าปฏิกิริยาเคมีทุกอย่างเป็นองค์ประกอบ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือความเป็นโมเลกุลเหมือนกับลำดับปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่เกี่ยวข้อง

ในที่นี้ค่าสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริก a, b, c และ d ถือเป็นจำนวนโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับกลไกการเกิดปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามในปฏิกิริยาทั่วโลกสิ่งเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องตรงกับคำสั่งซื้อของคุณ

ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยา aA + bB <=> cC + dD:

การแสดงออกของความเร็วสำหรับปฏิกิริยาตรงและผกผันคือ:

สิ่งนี้ใช้ได้กับปฏิกิริยาพื้นฐานเท่านั้นเนื่องจากสำหรับปฏิกิริยาทั่วโลกแม้ว่าสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริกจะถูกต้อง แต่ก็ไม่ได้เป็นคำสั่งของปฏิกิริยาเสมอไป ในกรณีของปฏิกิริยาโดยตรงหลังอาจเป็น:

ในนิพจน์นี้ w และ z จะเป็นคำสั่งปฏิกิริยาที่แท้จริงสำหรับสายพันธุ์ A และ B

อ้างอิง

เจฟฟรีย์อารอนสัน (2558 19 พฤศจิกายน). กฎแห่งชีวิต: Guldberg and Waage's Law of Mass Action สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2561 จาก: cebm.net
ScienceHQ (2018) กฎแห่งการกระทำของมวล สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2018 จาก: sciencehq.com
askiitans (2018) กฎแห่งการกระทำของมวลและค่าคงที่สมดุล สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2561 จาก: askiitians.com
สารานุกรมวิทยาศาสตร์ Salvat (1968) เคมี. เล่มที่ 9 Salvat SA จาก ediciones Pamplona, Spain หน้า 13-16.
วอลเตอร์เจมัวร์ (1963) เคมีกายภาพ. ในอุณหพลศาสตร์และสมดุลเคมี. (ฉบับที่สี่) Longmans หน้า 169.
Alex Yartsev (2018) กฎของการกระทำจำนวนมากในเภสัชพลศาสตร์ สืบค้นเมื่อ 10 พฤษภาคม 2018 จาก: derangedphysiology.com

กฎแห่งการกระทำโดยรวม: การใช้งานตัวอย่าง - เคมี - 2025