חוק פעולה המונית: יישומים, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

חוק הפעולה ההמוני מקובע את היחסים בין ההמונים הפעילים של מגיבים וכי מוצרים, בתנאי שיווי משקל במערכות הומוגניות (פתרונות או שלבי גז). זה גובש על ידי המדענים הנורבגים CM Guldberg ו- P. Waage, שהכירו כי שיווי המשקל הוא דינאמי ולא סטטי.

למה דינאמי? מכיוון ששיעור התגובות קדימה ואחורית זהים. המונים פעילים מבוטאים בדרך כלל מול / ל (מולאריות). ניתן לכתוב תגובה כזו כך: aA + bB <=> cC + dD. עבור שיווי המשקל המצוינים בדוגמה זו, הקשר בין מגיבים ומוצרים מודגם במשוואה שבתמונה למטה.

K תמיד קבוע, ללא קשר לריכוזים הראשוניים של החומרים, כל עוד הטמפרטורה לא משתנה. כאן A, B, C ו- D הם המגיבים והמוצרים; בעוד a, b, c ו- d הם המקדמים הסטויו-מטריים שלהם.

הערך המספרי של K הוא קבוע אופייני לכל תגובה בטמפרטורה נתונה. אז K הוא מה שמכונה קבוע שיווי המשקל.

פירוש הכינוי הוא שבביטוי המתמטי הריכוזים מופיעים ביחידות של מול / ל ', שהועלו לכוח השווה למקדם התגובה.

מה הדין בפעולה המונית?

כאמור, חוק הפעולה ההמונית מבטא כי המהירות של תגובה נתונה עומדת ביחס ישיר לתוצר הריכוזים של המין המגיב, כאשר הריכוז של כל מין מוגבה לכוח השווה למקדם שלו סטואיציומטרי במשוואה הכימית.

במובן זה ניתן להסביר טוב יותר באמצעות תגובה הפיכה, שהמשוואה הכללית שלה מתוארת להלן:

aA + bB ↔ cC + dD

כאשר A ו- B מייצגים את המגיבים והחומרים בשם C ו- D מייצגים את תוצרי התגובה. כמו כן הערכים של a, b, c ו- d מייצגים את המקדמים הסטויו-מטריים של A, B, C ו- D, בהתאמה.

החל מהמשוואה הקודמת מתקבל קבוע שיווי המשקל שהוזכר קודם לכן, שמודגם כ:

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

כאשר קבוע שיווי המשקל K שווה לנתון, בו המונה מורכב מכפל ריכוזי התוצרים (במצב שיווי המשקל) המורמים למקדם שלהם במשוואה המאוזנת והמכנה מורכב מכפל דומה אבל בין המגיבים המוגברים למקדם שמלווה אותם.

משמעות קבוע שיווי המשקל

יש לציין כי יש להשתמש במשוואת ריכוזי שיווי המשקל של המין כדי לחשב את קבוע שיווי המשקל, כל עוד אין שינויים באלה או בטמפרטורת המערכת.

באותו אופן, ערך קבוע שיווי המשקל מספק מידע על הכיוון המועדף בתגובה בשיווי משקל, כלומר הוא מגלה האם התגובה חיובית כלפי המגיבים או התוצרים.

במקרה שעוצמתו של קבוע זה גדולה בהרבה מהאחדות (K »1), שיווי המשקל יעבור ימינה ויעדיף את המוצרים; בעוד שאילו גודל קבוע זה קטן בהרבה מהאחדות (K «1), שיווי המשקל יעבור שמאלה ויעדיף את המגיבים.

כמו כן, למרות שעל פי המוסכמה מצוין כי החומרים שבצד שמאל של החץ הם המגיבים ואלו שבצד ימין הם המוצרים, זה יכול להיות מעט מבלבל את העובדה שהגיבים שמגיעים מהתגובה ב חוש ישיר הופך למוצרים בתגובה הפוכה ולהפך.

איזון כימי

התגובות לעיתים קרובות מגיעות לשיווי משקל בין כמויות החומרים ההתחלתיים לאלו של המוצרים הנוצרים. איזון זה יכול להשתנות בנוסף לטובת העלייה או הירידה של אחד החומרים המשתתפים בתגובה.

עובדה אנלוגית מתרחשת בהתנתקות של חומר מומס: במהלך תגובה ניתן להבחין בהיעלמות החומרים הראשוניים ויצירת המוצרים באופן ניסיוני במהירות משתנה.

קצב התגובה תלוי מאוד בטמפרטורה ובדרגות שונות בריכוז המגיבים. למעשה, גורמים אלה נחקרים במיוחד על ידי קינטיקה כימית.

עם זאת שיווי משקל זה אינו סטטי, אלא נובע מדו קיום של תגובה ישירה ותגובה הפוכה.

בתגובה הישירה (->) נוצרים התוצרים, ואילו בתגובה ההפוכה (<-) הם מקורם מחדש של החומרים הראשוניים.

זה מהווה מה שמכונה שיווי משקל דינאמי, שהוזכר לעיל.

שיווי משקל במערכות הטרוגניות

במערכות הטרוגניות - כלומר באלה הנוצרות על ידי מספר שלבים - ריכוזי המוצקים יכולים להיחשב קבועים, תוך השמטה מהביטוי המתמטי עבור K.

CaCO ₃ (ים) <=> CaO (ים) + CO ₂ (g)

לפיכך, בשיווי המשקל של הפירוק של סידן פחמתי, ריכוזו ושל תחמוצת התוצאה יכולים להיחשב קבועים ללא קשר למסתו.

שיווי משקל

הערך המספרי של קבוע שיווי המשקל קובע אם תגובה תומכת ביצירת מוצרים או לא. כאשר K גדול מ- 1, מערכת שיווי המשקל תהיה בריכוז גבוה יותר של מוצרים מאשר של מגיבים, ואם K פחות מ -1, ההפך קורה: בשיווי משקל תהיה ריכוז גדול יותר של מגיבים מאשר מוצרים.

עקרון לה שאטלייה

השפעת וריאציות בריכוז, טמפרטורה ולחץ יכולה לשנות את קצב התגובה.

לדוגמא, אם נוצרים מוצרים גזים בתגובה, עלייה בלחץ על המערכת גורמת לתגובה לפעול בכיוון ההפוך (לכיוון המגיבים).

באופן כללי, התגובות הלא-אורגניות המתרחשות בין יונים הן מהירות מאוד, ואילו לתגובות האורגניות מהירויות נמוכות בהרבה.

אם מופק חום בתגובה, עלייה בטמפרטורת החוץ נוטה לכוון אותו בכיוון ההפוך, שכן התגובה ההפוכה הינה אנדותרמית (סופגת חום).

באופן דומה, אם נגרם עודף לאחד המגיבים בתוך מערכת בשיווי משקל, החומרים האחרים יהוו מוצרים כדי לנטרל את השינויים האמורים למקסימום.

כתוצאה מכך שיווי המשקל משתנה לטובת דרך כזו או אחרת על ידי הגדלת קצב התגובה, באופן שהערך של K נשאר קבוע.

כל ההשפעות החיצוניות הללו ותגובת האיזון לניגוד בהן הוא מה שמכונה עקרון לה שאטלייה.

יישומים

למרות תועלתו העצומה, כאשר הוצע לחוק זה לא הייתה לו ההשפעה או הרלוונטיות הרצויה בקהילה המדעית.

עם זאת, מהמאה העשרים היא זכתה לשמצה בזכות העובדה שהמדענים הבריטים וויליאם אוסון ורנון הרקורט תפסו אותה שוב כמה עשורים לאחר פרסומם.

לחוק הפעולה ההמונית היו יישומים רבים לאורך זמן, חלקם מופיעים בהמשך:

• כפי שהוא מנוסח מבחינת פעילויות ולא ריכוזים, הוא מועיל לקביעת סטיות מהתנהגותם האידיאלית של מגיבים בתמיסה, כל עוד זה תואם את התרמודינמיקה.
• ככל שהתגובה מתקרבת לשיווי משקל, ניתן לחזות את הקשר בין קצב התגובה נטו לבין האנרגיה החופשית המיידית של ג'יבס של תגובה.
• בשילוב עם עקרון שיווי המשקל המפורט, במונחים כלליים החוק הזה קובע את הערכים המתקבלים, על פי התרמודינמיקה, של הפעילויות והקבוע במצב שיווי המשקל, כמו גם את הקשר בין אלה לבין קבוע המהירות המתקבל של תגובות בכיוון קדימה ואחורה.
• כאשר התגובות הן מהסוג היסודי, החלת חוק זה מתקבלת משוואת שיווי המשקל המתאימה לתגובה כימית נתונה וביטויים למהירותה.

דוגמאות לחוק הפעולה ההמונית

בעת לימוד תגובה בלתי הפיכה בין יונים שנמצאו בתמיסה, הביטוי הכללי של חוק זה מוביל לנסחיית Brönsted-Bjerrum, המבססת את הקשר בין חוזק היוני של המין לבין קצב הקצב .

-ניתוח התגובות המתבצעות בתמיסות אידיאליות מדוללות או במצב של צבירה גזי, מתקבל הביטוי הכללי של החוק המקורי (עשור של שנות ה -80).

יש לו מאפיינים אוניברסליים, הביטוי הכללי של חוק זה יכול לשמש כחלק מהקינטיקה במקום לראות אותו כחלק מהתרמודינמיקה.

-משתמשים באלקטרוניקה, חוק זה משמש לקביעת כי הכפל בין צפיפות החורים לאלקטרונים של משטח נתון הוא בעל גודל קבוע במצב שיווי המשקל, אפילו ללא תלות בסמים המסופקים לחומר. .

השימוש בחוק זה לתיאור הדינמיקה בין טורפים לטרף ידוע באופן נרחב, בהנחה שיחסי הטורפים בטרף מציגים פרופורציה מסוימת עם היחסים בין טורפים לטרף.

- בתחום מחקרי הבריאות ניתן אפילו להחיל חוק זה כדי לתאר גורמים מסוימים של התנהגות אנושית, מבחינה פוליטית וחברתית.

חוק הפעולה ההמונית ברוקחות

בהנחה ש- D היא התרופה ו- R הוא הקולט שעליו הוא פועל, שניהם מגיבים שמקורם במתחם DR, האחראי על ההשפעה הפרמקולוגית:

K = /

K הוא קבוע הניתוק. יש תגובה ישירה בה התרופה פועלת על הקולטן, ואחרת בה מתחם ה- DR מתנתק לתרכובות המקוריות. לכל תגובה מהירות משלה, ומשווה את עצמה רק בשיווי משקל, כשק 'מרוצה.

פירוש חוק ההמונים לאותיות, ככל שריכוז D היה גבוה יותר, כך נוצר ריכוז קומפלקס DR גבוה יותר.

עם זאת, לכל המקלטים Rt יש מגבלה פיזית, כך שאין כמות בלתי מוגבלת של R עבור כל ה- D הזמין. באופן דומה, מחקרים ניסויים בתחום הפרמקולוגיה מצאו את המגבלות הבאות לחוק ההמונים בתחום זה:

- הוא מניח שקישור RD הוא הפיך, כאשר ברוב המקרים הוא באמת לא.

- הקשר RD יכול לשנות באופן מבני את אחד משני המרכיבים (התרופה או הקולטן), נסיבה שאינה נחשבת על פי דיני המונים.

- יתר על כן, חוק ההמונים נחלש לנוכח התגובות בהן מתווכים מרובים מתערבים ביצירת RD.

מגבלות

חוק הפעולה ההמונית מניח שכל תגובה כימית היא יסודית; במילים אחרות, כי המולקולאריות זהה לסדר התגובה בהתאמה לכל מין המעורב.

כאן נחשבים המקדמים הסטויו-מטריים a, b, c ו- d כמספר המולקולות המעורבות במנגנון התגובה. עם זאת, בתגובה גלובלית אלה לא בהכרח תואמים את ההזמנה שלך.

לדוגמה, לתגובה aA + bB <=> cC + dD:

ביטוי המהירות לתגובות הישירות וההפוכות הוא:

זה תקף רק לתגובות אלמנטריות, שכן לגבי תגובות גלובליות, אף כי המקדמים הסטויו-מטריים נכונים, הם לא תמיד צווי התגובה. במקרה של התגובה הישירה, האחרונה יכולה להיות:

בביטוי זה w ו- z יהיו צווי התגובה האמיתיים למינים A ו- B.

הפניות

1. ג'פרי ארונסון. (2015, 19 בנובמבר). חוקי החיים: חוק הפעולה ההמונית של גולדברג וויאז ​​'. הוחזר ב- 10 במאי 2018, מ: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). חוק פעולה המונית. הוחזר ב -10 במאי 2018, מ: sciencehq.com
3. שואלים. (2018). חוק פעולה המונית ושיווי משקל קבוע. הוחזר ב- 10 במאי 2018, מ: askiitians.com
4. אנציקלופדיה למדעים של סלווט. (1968). כִּימִיָה. כרך 9, Salvat SA מאדישות פמפלונה, ספרד. עמ '13-16.
5. וולטר ג'יי מור. (1963). כימיה פיזיקלית. בתרמודינמיקה ובשיווי משקל כימי. (מהדורה רביעית). לונגמנים. עמ '169.
6. אלכס יארצב. (2018). חוק הפעולה ההמונית בפרמקודינמיקה. הוחזר ב -10 במאי 2018 מ: derangedphysiology.com