KÜTLE EYLEM YASASI: UYGULAMALAR, ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Kütle etkisi kanunu ürünleri, denge koşulları altında ve homojen sistemler (çözeltiler ya da gaz faz) reaktantların aktif kütleleri arasına ve bu ilişki kurar. Dengenin statik değil dinamik olduğunu fark eden Norveçli bilim adamları CM Guldberg ve P. Waage tarafından formüle edildi.

Neden dinamik? Çünkü ileri ve geri reaksiyonların oranları eşittir. Aktif kütleler genellikle mol / L (molarite) olarak ifade edilir. Böyle bir tepki şöyle yazılabilir: aA + bB <=> cC + dD. Bu örnekte belirtilen denge için, reaktanlar ile ürünler arasındaki ilişki aşağıdaki görüntüdeki denklemde gösterilmektedir.

K, sıcaklık değişmediği sürece, maddelerin başlangıç ​​konsantrasyonlarına bakılmaksızın her zaman sabittir. Burada A, B, C ve D reaktanlar ve ürünlerdir; a, b, c ve d ise bunların stokiyometrik katsayılarıdır.

K'nin sayısal değeri, belirli bir sıcaklıkta her reaksiyon için karakteristik bir sabittir. Yani, K, denge sabiti olarak adlandırılan şeydir.

Gösterim, matematiksel ifadede konsantrasyonların mol / L birimlerinde göründüğü ve reaksiyon katsayısına eşit bir güce yükseltildiği anlamına gelir.

Kitle eylem yasası nedir?

Daha önce belirtildiği gibi, kütle eylem yasası, belirli bir reaksiyonun hızının, her bir türün konsantrasyonunun katsayısına eşit bir güce yükseltildiği, reaktan türlerinin konsantrasyonlarının çarpımı ile doğru orantılı olduğunu ifade eder. kimyasal denklemde stokiyometrik.

Bu anlamda, genel denklemi aşağıda gösterilen tersine çevrilebilir bir reaksiyonla daha iyi açıklanabilir:

aA + bB ↔ cC + dD

A ve B'nin reaktanları temsil ettiği ve C ve D olarak adlandırılan maddeler reaksiyonun ürünlerini temsil ettiğinde. Benzer şekilde a, b, c ve d değerleri sırasıyla A, B, C ve D'nin stokiyometrik katsayılarını temsil eder.

Önceki denklemden başlayarak, daha önce bahsedilen denge sabiti elde edilir ve şu şekilde gösterilir:

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

Denge sabiti K bir bölüme eşit olduğunda, pay, dengeli denklemdeki katsayılarına yükseltilen (denge durumunda) ürünlerin konsantrasyonlarının çarpımından oluşur ve payda benzer bir çarpmadan oluşur. ancak reaktanlar arasında kendilerine eşlik eden katsayıya yükseltilmiştir.

Denge sabitinin anlamı

Bunlarda veya sistemin sıcaklığında herhangi bir değişiklik olmadığı sürece, denge sabitini hesaplamak için türlerin denge konsantrasyonlarının denklemde kullanılması gerektiğine dikkat edilmelidir.

Aynı şekilde, denge sabitinin değeri, dengede bir reaksiyonda tercih edilen yön hakkında bilgi sağlar, yani reaksiyonun reaktanlara veya ürünlere uygun olup olmadığını ortaya çıkarır.

Bu sabitin büyüklüğünün birlikten (K »1) çok daha büyük olması durumunda, denge sağa kayacak ve ürünleri tercih edecektir; Oysa bu sabitin büyüklüğü birlikten (K «1) çok daha küçükse, denge sola kayacak ve tepkimeye girenleri destekleyecektir.

Aynı şekilde, konvansiyonel olarak okun sol tarafındaki maddelerin reaktanlar ve sağ tarafındakilerin de ürünler olduğu belirtilse de, reaksiyondan gelen reaktanların doğrudan anlam ters yönde reaksiyondaki ürünler haline gelir ve bunun tersi de geçerlidir.

Kimyasal denge

Reaksiyonlar genellikle başlangıç ​​maddelerinin miktarları ile oluşan ürünlerin miktarları arasında bir dengeye ulaşır. Bu denge, reaksiyona katılan maddelerden birinin artması veya azalması lehine ek olarak kayabilir.

Çözünmüş bir maddenin ayrışmasında da benzer bir gerçek meydana gelir: bir reaksiyon sırasında başlangıçtaki maddelerin kaybolması ve ürünlerin oluşumu değişken bir hızda deneysel olarak gözlemlenebilir.

Bir reaksiyonun hızı, büyük ölçüde sıcaklığa ve reaktanların konsantrasyonuna değişen derecelerde bağlıdır. Aslında bu faktörler özellikle kimyasal kinetik ile incelenir.

Bununla birlikte, bu denge statik değildir, doğrudan ve ters reaksiyonun bir arada varlığından gelir.

Doğrudan reaksiyonda (->) ürünler oluşurken, ters reaksiyonda (<-) ilk maddeleri yeniden oluştururlar.

Bu, yukarıda bahsedilen dinamik denge olarak bilinen şeyi oluşturur.

Heterojen sistemlerde denge

Heterojen sistemlerde -yani, birkaç aşamadan oluşan sistemlerde- katıların konsantrasyonları, K için matematiksel ifadeden çıkarılarak sabit kabul edilebilir.

CaCO ₃ (k) <=> CaO (k) + CO ₂ (g)

Bu nedenle, kalsiyum karbonatın ayrışma dengesinde, konsantrasyonu ve ortaya çıkan oksidin konsantrasyonu, kütlesine bakılmaksızın sabit kabul edilebilir.

Denge kaymaları

Denge sabitinin sayısal değeri, bir reaksiyonun ürünlerin oluşumunu destekleyip desteklemediğini belirler. K 1'den büyük olduğunda, denge sistemi reaktanlardan daha yüksek bir ürün konsantrasyonuna sahip olacaktır ve K 1'den küçükse, bunun tersi gerçekleşir: dengede, ürünlerden daha büyük bir reaktan konsantrasyonu olacaktır.

Le Chatelier İlkesi

Konsantrasyon, sıcaklık ve basınçtaki değişikliklerin etkisi, bir reaksiyonun hızını değiştirebilir.

Örneğin, bir reaksiyonda gazlı ürünler oluşursa, sistem üzerindeki basınç artışı, reaksiyonun ters yönde (reaktanlara doğru) ilerlemesine neden olur.

Genel olarak iyonlar arasında meydana gelen inorganik reaksiyonlar çok hızlı, organik olanlar ise çok daha düşük hızlara sahiptir.

Bir reaksiyonda ısı üretilirse, dış sıcaklıktaki bir artış onu ters yönde yönlendirme eğilimindedir, çünkü ters reaksiyon endotermiktir (ısıyı emer).

Benzer şekilde, dengede olan bir sistem içindeki reaktanlardan birinde bir fazlalık meydana gelirse, diğer maddeler, söz konusu modifikasyonu maksimuma nötrleştirmek için ürünler oluşturacaktır.

Sonuç olarak, denge, K değeri sabit kalacak şekilde, reaksiyon hızını artırarak şu ya da bu yönde kayar.

Le Chatelier ilkesi olarak bilinen, tüm bu dış etkiler ve bunlara karşı koymak için denge tepkisi olarak bilinir.

Uygulamalar

Muazzam faydasına rağmen, bu yasa önerildiğinde bilim camiasında istenen etkiye veya ilgiye sahip değildi.

Bununla birlikte, 20. yüzyıldan itibaren, İngiliz bilim adamları William Esson ve Vernon Harcourt'un ilanından birkaç on yıl sonra tekrar ele almaları sayesinde ün kazanıyordu.

Kitle eylem yasasının zaman içinde birçok uygulaması olmuştur ve bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir:

• Konsantrasyonlardan ziyade faaliyetler açısından formüle edildiğinden, termodinamik ile tutarlı olduğu sürece bir çözümdeki reaktanların ideal davranışından sapmaları belirlemek için kullanışlıdır.
• Bir reaksiyon dengeye yaklaştıkça, reaksiyonun net hızı ile bir reaksiyonun anlık Gibbs serbest enerjisi arasındaki ilişki tahmin edilebilir.
• Ayrıntılı denge ilkesi ile birleştirildiğinde, genel anlamda bu yasa, faaliyetlerin termodinamiğine göre sonuç değerlerini ve denge durumundaki sabitleri ve ayrıca bunlar ile sonuçta ortaya çıkan hız sabitleri arasındaki ilişkiyi sağlar. ileri ve geri yönde reaksiyonlar.
• Reaksiyonlar temel tipte olduğunda, bu yasayı uygulayarak, belirli bir kimyasal reaksiyon için uygun denge denklemi ve hızının ifadeleri elde edilir.

Kütle eylem yasasına örnekler

-Çözeltide bulunan iyonlar arasında geri dönüşü olmayan bir reaksiyonu incelerken, bu yasanın genel ifadesi, türlerin iyonik kuvveti ile hız sabiti arasındaki ilişkiyi kuran Brönsted-Bjerrum formülasyonuna yol açar. .

- Seyreltik ideal çözeltilerde veya bir gaz halinde toplanma durumunda gerçekleştirilen reaksiyonlar analiz edilirken, orijinal yasanın (80'lerin on yılı) genel ifadesi elde edilir.

- Evrensel özelliklere sahip olduğu için bu kanunun genel ifadesi, termodinamiğin bir parçası olarak görmek yerine kinetiğin bir parçası olarak kullanılabilir.

-Elektronikte kullanıldığında, bu yasa, belirli bir yüzeyin deliklerin yoğunlukları ile elektronları arasındaki çarpmanın, malzemeye sağlanan katkıdan bağımsız olarak bile, denge durumunda sabit bir büyüklüğe sahip olduğunu belirlemek için kullanılır. .

-Yırtıcılar ve avlar arasındaki dinamikleri tanımlamak için bu yasanın kullanımı yaygın olarak bilinmektedir, avdaki yırtıcılık ilişkisinin yırtıcılarla av arasındaki ilişkiyle belirli bir orantıya sahip olduğu varsayılır.

-Sağlık çalışmaları alanında, bu yasa, insan davranışının belirli faktörlerini politik ve sosyal açıdan tanımlamak için bile uygulanabilir.

Farmakolojide Kitlesel Eylem Yasası

D'nin ilaç ve R'nin etki ettiği reseptör olduğunu varsayarsak, her ikisi de farmakolojik etkiden sorumlu olan DR kompleksini oluşturmak için tepki verirler:

K = /

K, ayrışma sabitidir. İlacın reseptör üzerinde hareket ettiği doğrudan bir reaksiyon ve DR kompleksinin orijinal bileşiklere ayrıldığı bir başka reaksiyon vardır. Her reaksiyonun kendi hızı vardır, kendisini yalnızca dengede eşittir, K. tatmin olur.

Kütle yasasını harfiyen yorumlayarak, D konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, oluşan DR kompleksinin konsantrasyonu o kadar yüksek olur.

Bununla birlikte, toplam alıcıların Rt'nin fiziksel bir sınırı vardır, bu nedenle mevcut tüm D için sınırsız miktarda R yoktur. Benzer şekilde, farmakoloji alanındaki deneysel çalışmalar, bu alandaki kitle yasasında aşağıdaki sınırlamaları bulmuştur:

- Çoğu durumda gerçekten olmadığı halde RD bağlantısının tersine çevrilebilir olduğunu varsayar.

- RD bağı, kütle kanunu tarafından dikkate alınmayan bir durum olan iki bileşenden birini (ilaç veya reseptör) yapısal olarak değiştirebilir.

- Ayrıca, RD oluşumuna çok sayıda aracının müdahale ettiği tepkiler karşısında kitle kanunu söner.

Sınırlamalar

Kütle etkisi yasası, her kimyasal reaksiyonun temel olduğunu varsayar; başka bir deyişle, molekülerlik, dahil olan her tür için ilgili reaksiyon sırası ile aynıdır.

Burada stokiyometrik katsayılar a, b, c ve d, reaksiyon mekanizmasına dahil olan moleküllerin sayısı olarak kabul edilir. Bununla birlikte, küresel bir tepkide, bunların sizin siparişinizle uyuşması gerekmez.

Örneğin, aA + bB <=> cC + dD reaksiyonu için:

Doğrudan ve ters reaksiyonlar için hız ifadesi:

Bu sadece temel reaksiyonlar için geçerlidir, çünkü global reaksiyonlar için stokiyometrik katsayılar doğru olmasına rağmen, bunlar her zaman reaksiyon sıraları değildir. Doğrudan reaksiyon durumunda, ikincisi şunlar olabilir:

Bu ifadede w ve z, A ve B türleri için gerçek reaksiyon sırası olacaktır.

Referanslar

1. Jeffrey Aronson. (2015, 19 Kasım). Yaşam Yasaları: Guldberg ve Waage'ın Kitle Eylem Yasası. 10 Mayıs 2018'de cebm.net adresinden alındı.
2. ScienceHQ. (2018). Kitle eylem yasası. 10 Mayıs 2018'de, sciencehq.com adresinden alındı
3. askiitans. (2018). Kütle Eylem Yasası ve Denge Sabiti. Askiitians.com adresinden 10 Mayıs 2018'de alındı
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Kimya. Cilt 9, Salvat SA, ediciones Pamplona, ​​İspanya. S 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Fiziksel kimya. Termodinamik ve kimyasal dengede. (Dördüncü baskı). Longmans. S 169.
6. Alex Yartsev. (2018). Farmakodinamikte Kitlesel Eylem Yasası. 10 Mayıs 2018'de, derangedphysiology.com adresinden alındı