De lag om massåtgärd fastställer förhållandet mellan de aktiva massorna av reaktanterna och produkterna, under jämviktsförhållanden och i homogena system (lösningar eller gasfaser). Den formulerades av norska forskare C.M. Guldberg och P. Waage, som insåg att jämvikten är dynamisk och inte statisk.
Varför dynamisk? Eftersom hastigheterna för framåt och bakåt reaktioner är lika. Aktiva massor uttrycks vanligtvis mol / L (molaritet). En sådan reaktion kan skrivas så här: aA + bB <=> cC + dD. För jämvikten som nämns i detta exempel illustreras förhållandet mellan reaktanter och produkter i ekvationen i bilden nedan.
K är alltid konstant, oavsett de ursprungliga koncentrationerna av ämnena, så länge temperaturen inte varierar. Här är A, B, C och D reaktanterna och produkterna; medan a, b, c och d är deras stökiometriska koefficienter.
Det numeriska värdet på K är en karakteristisk konstant för varje reaktion vid en given temperatur. Då är K det som kallas jämviktskonstanten.
Beteckningen [] betyder att i det matematiska uttrycket visas koncentrationerna i enheter mol / L, höjda till en effekt lika med reaktionskoefficienten.
Artikelindex
Som tidigare nämnts uttrycker lagen om massverkan att hastigheten för en given reaktion är direkt proportionell mot produkten av koncentrationerna av den reaktanta arten, där koncentrationen av varje art höjs till en effekt lika med dess koefficient stökiometrisk i kemikalien. ekvation.
I denna mening kan det förklaras bättre genom att ha en reversibel reaktion, vars allmänna ekvation illustreras nedan:
aA + bB ↔ cC + dD
Där A och B representerar reaktanterna och substanserna som heter C och D representerar reaktionsprodukterna. På samma sätt representerar värdena för a, b, c och d de stökiometriska koefficienterna för A, B, C respektive D..
Med utgångspunkt från föregående ekvation erhålls den tidigare nämnda jämviktskonstanten, vilken illustreras som:
K = [C]c[D]d/[TILL]till[B]b
Där jämviktskonstanten K är lika med en kvot, där täljaren består av multipliceringen av koncentrationerna av produkterna (i jämviktstillstånd) höjd till deras koefficient i den balanserade ekvationen och nämnaren består av en liknande multiplikation men bland reaktanterna höjd till koefficienten som följer dem.
Det bör noteras att i ekvationen för att beräkna jämviktskonstanten måste koncentrationerna av arten i jämvikt användas, så länge det inte finns några ändringar av dessa eller av systemets temperatur..
På samma sätt ger värdet av jämviktskonstanten information om den riktning som föredras i en reaktion vid jämvikt, det vill säga den avslöjar om reaktionen är gynnsam gentemot reaktanterna eller produkterna..
Om storleken på denna konstant är mycket större än enhet (K "1) kommer jämvikten att förskjutas åt höger och gynna produkterna; medan om storleken på denna konstant är mycket mindre än enhet (K" 1), kommer jämvikten att lutas åt vänster och gynnar reaktanterna.
Även om det enligt konvention indikeras att substanserna på vänster sida av pilen är reaktanterna och de på höger sida är produkterna, blir det faktum att reaktanterna som kommer från reaktionen i direkt mening produkterna i reaktionen i omvänd ordning och tvärtom.
Reaktioner når ofta en jämvikt mellan mängden utgångsämnen och de produkter som bildas. Denna balans kan dessutom förskjutas vilket gynnar ökningen eller minskningen av ett av de ämnen som deltar i reaktionen..
Ett analogt faktum inträffar i dissociationen av ett upplöst ämne: under en reaktion kan de ursprungliga substansernas försvinnande och bildandet av produkterna observeras experimentellt med variabel hastighet.
Reaktionshastigheten är starkt beroende av temperaturen och i varierande grad av koncentrationen av reaktanterna. Faktum är att dessa faktorer studeras särskilt av kemisk kinetik.
Denna jämvikt är dock inte statisk, utan kommer från samexistensen av en direkt och en omvänd reaktion..
I den direkta reaktionen (->) bildas produkterna, medan de i den omvända reaktionen (<-) estos vuelven a originar las sustancias iniciales.
Ovanstående utgör det som kallas dynamisk jämvikt, nämnt ovan..
I heterogena system - det vill säga i de som bildas av flera faser - kan koncentrationerna av de fasta ämnena betraktas som konstanta, uteslutande från det matematiska uttrycket för K.
Tjuv3(s) <=> CaO (s) + COtvå(g)
Således, i nedbrytningsjämvikten mellan kalciumkarbonat, kan dess koncentration och den resulterande oxid betraktas som konstant oavsett dess massa..
Det numeriska värdet på jämviktskonstanten avgör om en reaktion gynnar bildandet av produkter eller inte. När K är större än 1 kommer jämviktssystemet att ha en högre koncentration av produkter än av reaktanter, och om K är mindre än 1 inträffar det motsatta: i jämvikt kommer det att finnas en större koncentration av reaktanter än produkter..
Påverkan av variationer i koncentration, temperatur och tryck kan ändra reaktionshastigheten.
Till exempel, om gasformiga produkter bildas i en reaktion, orsakar en ökning av trycket över systemet att reaktionen löper i motsatt riktning (mot reaktanterna).
I allmänhet är de oorganiska reaktionerna mellan jonerna mycket snabba, medan de organiska har mycket lägre hastigheter..
Om värme produceras i en reaktion tenderar en ökning av utetemperaturen att orientera den i motsatt riktning, eftersom den omvända reaktionen är endoterm (absorberar värme).
På samma sätt, om ett överskott orsakas i en av de reagerande substanserna i ett system i jämvikt, kommer de andra substanserna att bilda produkter för att neutralisera nämnda modifiering så mycket som möjligt..
Som ett resultat skiftar jämvikten favoriseringen i ena eller andra riktningen genom att öka reaktionshastigheten på ett sådant sätt att värdet på K förblir konstant..
Alla dessa yttre influenser och balansresponsen för att motverka dem är det som kallas Le Chatelier-principen..
Trots dess enorma användbarhet, när denna lag föreslogs, hade den inte den önskade effekten eller relevansen i det vetenskapliga samfundet.
Men från 1900-talet blev det känt tack vare det faktum att brittiska forskare William Esson och Vernon Harcourt tog upp det igen flera decennier efter dess utfärdande..
Lagen om massåtgärder har haft många ansökningar över tiden, varav några listas nedan:
-När man studerar en irreversibel reaktion mellan joner som finns i lösning leder det allmänna uttrycket för denna lag till formuleringen Brönsted-Bjerrum, som fastställer sambandet mellan artens jonstyrka och hastighetskonstanten.
-När man analyserar reaktionerna som utförs i utspädda ideallösningar eller i ett tillstånd av gasformig aggregering erhålls det allmänna uttrycket för den ursprungliga lagen (80-talets decennium).
-Eftersom den har universella egenskaper kan det allmänna uttrycket för denna lag användas som en del av kinetiken istället för att se den som en del av termodynamiken..
-När den används i elektronik används denna lag för att bestämma att multiplikationen mellan tätheten av hålen och elektronerna på en viss yta har en konstant storlek i jämviktstillståndet, även oberoende av dopningen som tillförs materialet..
-Användningen av denna lag för att beskriva dynamiken mellan rovdjur och byte är allmänt känd, under antagande att rovförhållandet på bytet presenterar en viss proportion till förhållandet mellan rovdjur och byte..
-Inom hälsostudier kan denna lag till och med tillämpas för att beskriva vissa faktorer av mänskligt beteende, ur politisk och social synvinkel..
Om vi antar att D är läkemedlet och R receptorn på vilken det verkar, reagerar båda på att de kommer från DR-komplexet, vilket är ansvarigt för den farmakologiska effekten:
K = [DR] / [D] [R]
K är dissociationskonstanten. Det finns en direkt reaktion där läkemedlet verkar på receptorn, och en annan där DR-komplexet dissocieras i de ursprungliga föreningarna. Varje reaktion har sin egen hastighet och motsvarar sig bara vid jämvikt och uppfyller K.
Att tolka masslagen till punkt och pricka, ju högre koncentration av D, desto högre koncentration av DR-komplex bildas..
De totala Rt-mottagarna har dock en fysisk gräns, så det finns ingen obegränsad mängd R för alla tillgängliga D. På samma sätt har experimentella studier inom farmakologi funnit följande begränsningar för masslagen inom detta område:
- Det förutsätter att FoU-obligationen är reversibel, medan det i de flesta fall verkligen inte är det..
- R-D-bindningen kan strukturellt ändra någon av de två komponenterna (läkemedlet eller receptorn), en omständighet som inte tar hänsyn till masslagen.
- Dessutom bleknar masslagen inför reaktioner där flera mellanhänder griper in i bildandet av RD..
Lagen om massverkan förutsätter att varje kemisk reaktion är av en elementär typ; med andra ord, att molekyliteten är densamma som respektive reaktionsordning för varje inblandad art.
Här betraktas de stökiometriska koefficienterna a, b, c och d som antalet molekyler som är involverade i reaktionsmekanismen. Men i en global reaktion sammanfaller dessa inte nödvändigtvis med deras ordning..
Till exempel för reaktionen aA + bB <=> cC + dD:
Hastighetsuttrycket för de direkta och omvända reaktionerna är:
k1= [A]till[B]b
ktvå= [C]c[D]d
Detta gäller endast för elementära reaktioner, eftersom de globala, även om de stökiometriska koefficienterna är korrekta, inte alltid är reaktionsordrarna. I fallet med den direkta reaktionen kan den senare vara:
k1= [A]w[B]z
I detta uttryck skulle w och z vara de verkliga reaktionsordningarna för arterna A och B.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.