Stała równowagi chemicznej: definicja i wzory

Stała równowagi - podstawowe wzory

Stała równowagi $K_c$ to wartość, która pozwala określić, w którą stronę przesunięta jest równowaga reakcji. Dla ogólnej reakcji aA + bB ⇌ cC + dD, wzór na stałą równowagi wygląda następująco:

K_c = [C]^c · [D]^d / [A]^a · [B]^b

Zwróć uwagę, że w liczniku zawsze znajdują się produkty reakcji (prawa strona równania), a w mianowniku substraty (lewa strona). Współczynniki stechiometryczne przy substancjach zamieniamy na wykładniki potęg w wyrażeniu na K_c.

💡 Wskazówka: Symbol [ ] oznacza stężenie molowe danej substancji wyrażone w mol/dm³. Im większa wartość K_c, tym bardziej reakcja jest przesunięta w stronę produktów.

Przykładowo, dla reakcji dysocjacji kwasu siarkowego(IV): H₂SO₃ ⇌ 2H⁺ + SO₃²⁻, stała równowagi wynosi: K_c = [H⁺]² · [SO₃²⁻] / [H₂SO₃]

Stała równowagi dla reakcji wieloetapowych

Gdy reakcja zachodzi etapami, dla każdego etapu możemy zapisać oddzielne wyrażenie na stałą równowagi. Spójrzmy na przykład dysocjacji jonowej kwasu siarkowego(IV):

Pierwszy etap dysocjacji: H₂SO₃ ⇌ H⁺ + HSO₃⁻ K₁ = [H⁺] · [HSO₃⁻] / [H₂SO₃]

Drugi etap dysocjacji: HSO₃⁻ ⇌ H⁺ + SO₃²⁻ K₂ = [H⁺] · [SO₃²⁻] / [HSO₃⁻]

Pamiętaj, że przy zapisywaniu wyrażeń na stałą równowagi zawsze umieszczasz produkty (prawa strona równania) w liczniku, a substraty (lewa strona) w mianowniku. Każdy etap procesu ma swoją własną stałą równowagi.

⚠️ Uwaga: Wartość K₂ jest zwykle znacznie mniejsza niż K₁, co oznacza, że drugi etap dysocjacji zachodzi w mniejszym stopniu niż pierwszy.

Obliczanie stałej równowagi - zadania rachunkowe

Stałą równowagi możemy obliczyć, znając stężenia substancji w stanie równowagi. Dla reakcji 2SO₃ ⇌ 2SO₂ + O₂ możemy obliczyć zarówno stałą równowagi, jak i początkowe stężenie substratów.

Gdy znamy stężenia równowagowe:

• [SO₃] = 0,08 mol/dm³
• [SO₂] = 0,36 mol/dm³
• [O₂] = 0,18 mol/dm³

Możemy ustalić, że z każdej cząsteczki O₂ powstają dwie cząsteczki SO₂, więc przereagowało 0,18 mol/dm³ O₂, co odpowiada 0,36 mol/dm³ SO₂ i zużyciu 0,36 mol/dm³ SO₃. Początkowe stężenie SO₃ wynosi więc: 0,08 mol/dm³ + 0,36 mol/dm³ = 0,44 mol/dm³

💡 Podpowiedź: Przy obliczaniu stałej równowagi zawsze podstawiaj stężenia równowagowe (końcowe), a nie początkowe!

Stała równowagi wynosi: K_c = [SO₂]² · [O₂] / [SO₃]² = (0,36)² · 0,18 / (0,08)² = 36,45