질량 작용 의 법칙은 평형 조건 및 균질 시스템 (용액 또는 기체 상)에서 반응물의 활성 질량과 생성물의 활성 질량 간의 관계를 설정합니다. 평형이 정적이 아니라 동적이라는 것을 인식 한 노르웨이 과학자 CM Guldberg와 P. Waage에 의해 공식화되었습니다.
왜 동적일까요? 순방향 및 역방향 반응의 비율이 동일하기 때문입니다. 활성 질량은 일반적으로 mol / L (몰 농도)로 표시됩니다. 이러한 반응은 다음과 같이 작성할 수 있습니다. aA + bB <=> cC + dD. 이 예에서 인용 된 평형의 경우 반응물과 생성물 간의 관계가 아래 이미지의 방정식에 설명되어 있습니다.
K는 온도가 변하지 않는 한 물질의 초기 농도에 관계없이 항상 일정합니다. 여기서 A, B, C 및 D는 반응물과 생성물입니다. a, b, c 및 d는 화학 양론 계수입니다.
K의 수치는 주어진 온도에서 각 반응에 대한 특성 상수입니다. 그래서 K는 평형 상수라고 불리는 것입니다.
표기법은 수학적 표현에서 농도가 mol / L 단위로 나타나며 반응 계수와 동일한 거듭 제곱으로 올림을 의미합니다.
대량 행동의 법칙은 무엇입니까?
앞에서 언급했듯이 질량 작용의 법칙은 주어진 반응의 속도가 반응 종의 농도의 곱에 정비례한다는 것을 표현합니다. 여기서 각 종의 농도는 계수와 동일한 힘으로 상승합니다. 화학 방정식에서 화학 양론.
이러한 의미에서 가역 반응을 통해 더 잘 설명 할 수 있으며, 일반적인 방정식은 아래와 같습니다.
aA + bB ↔ cC + dD
A와 B는 반응물을 나타내고 C와 D라는 물질은 반응 생성물을 나타냅니다. 마찬가지로 a, b, c 및 d의 값은 각각 A, B, C 및 D의 화학 양론 계수를 나타냅니다.
이전 방정식에서 시작하여 이전에 언급 한 평형 상수를 얻습니다.
K = c d / a b
평형 상수 K가 몫과 같을 때, 분자는 균형 방정식에서 계수로 올라간 생성물 (평형 상태)의 농도의 곱셈으로 구성되고 분모는 유사한 곱셈으로 구성됨 그러나 반응물들 사이에서 그에 수반되는 계수로 상승했습니다.
평형 상수의 의미
종의 평형 농도는 평형 상수를 계산하기 위해 방정식에 사용되어야하며, 이들 또는 시스템의 온도에 대한 수정이없는 한 유의해야합니다.
같은 방식으로 평형 상수의 값은 평형에서 반응에서 선호되는 방향에 대한 정보를 제공합니다. 즉, 반응이 반응물 또는 생성물에 대해 유리한지 여부를 나타냅니다.
이 상수의 크기가 1보다 훨씬 큰 경우 (K»1), 균형은 오른쪽으로 이동하여 제품에 유리합니다. 이 상수의 크기가 1보다 훨씬 작 으면 (K«1) 평형은 왼쪽으로 이동하여 반응물에 유리합니다.
또한 관례 상 화살표 왼쪽에있는 물질은 반응물이고 오른쪽에있는 물질은 생성물 인 것으로 표시되어 있지만, 반응에서 나오는 반응물이 직접적인 감각은 반대로 반응의 산물이되고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
화학적 균형
반응은 종종 초기 물질의 양과 형성된 생성물의 양 사이의 평형에 도달합니다. 이 균형은 추가로 반응에 참여하는 물질 중 하나의 증가 또는 감소에 유리하게 이동할 수 있습니다.
용해 된 물질의 해리에서도 유사한 사실이 발생합니다. 반응 중에 초기 물질의 소멸과 생성물의 형성을 다양한 속도로 실험적으로 관찰 할 수 있습니다.
반응 속도는 온도와 반응물의 농도에 따라 달라집니다. 실제로 이러한 요소는 특히 화학 역학에 의해 연구됩니다.
그러나이 평형은 정적이 아니라 직접 반응과 역반응이 공존 할 때 발생합니다.
직접 반응 (->)에서는 생성물이 형성되고, 역반응 (<-)에서는 초기 물질이 다시 생성됩니다.
이것은 위에서 언급 한 동적 평형으로 알려진 것을 구성합니다.
이기종 시스템의 평형
이질적인 시스템 (즉, 여러 단계에 의해 형성된 시스템)에서 고체의 농도는 일정한 것으로 간주 될 수 있으며 K에 대한 수학적 표현에서 생략됩니다.
CaCO 3 (s) <=> CaO (s) + CO 2 (g)
따라서 탄산 칼슘의 분해 평형에서 그 농도와 생성 된 산화물의 농도는 질량에 관계없이 일정한 것으로 간주 될 수 있습니다.
균형 이동
평형 상수의 수치는 반응이 생성물 형성에 유리한지 여부를 결정합니다. K가 1보다 크면 평형 시스템은 반응물보다 생성물의 농도가 더 높고 K가 1 미만이면 반대가 발생합니다. 평형에서는 생성물보다 반응물의 농도가 더 큽니다.
르 샤 틀리에 원리
농도, 온도 및 압력의 변화에 따라 반응 속도가 달라질 수 있습니다.
예를 들어, 기체 생성물이 반응에서 형성되는 경우 시스템의 압력이 증가하면 반응이 반대 방향 (반응물쪽으로)으로 진행됩니다.
일반적으로 이온 사이에서 발생하는 무기 반응은 매우 빠르지 만 유기 반응은 속도가 훨씬 느립니다.
반응에서 열이 발생하면 역반응이 흡열 (열을 흡수)하기 때문에 외부 온도가 증가하면 반대 방향으로 향하는 경향이 있습니다.
마찬가지로, 평형 상태에있는 시스템 내의 반응물 중 하나에서 과잉이 발생하면 다른 물질이 생성물을 형성하여 상기 변형을 최대로 중화합니다.
결과적으로 평형은 K의 값이 일정하게 유지되는 방식으로 반응 속도를 증가시킴으로써 어느 쪽이든 유리하게 이동합니다.
이러한 모든 외부 영향과 이에 대응하기위한 균형 반응은 르 샤 틀리에 원칙으로 알려져 있습니다.
응용
엄청난 유용성에도 불구하고이 법이 제안되었을 때 과학계에서 원하는 영향이나 관련성을 갖지 못했습니다.
그러나 20 세기부터 영국 과학자 William Esson과 Vernon Harcourt가 발표 한 지 수십 년이 지난 후 다시 그것을 채택한 덕분에 명성을 얻었습니다.
대량 행동의 법칙은 시간이 지남에 따라 많은 적용이 있었으며 그중 일부는 다음과 같습니다.
- 농도보다는 활동의 관점에서 공식화되기 때문에 열역학과 일치하는 한 용액에서 반응물의 이상적인 거동과의 편차를 결정하는 것이 유용합니다.
- 반응이 평형에 가까워지면 반응의 순 속도와 반응의 순간적인 Gibbs 자유 에너지 사이의 관계를 예측할 수 있습니다.
- 상세한 평형 원리와 결합 될 때, 일반적으로이 법칙은 열역학에 따라 평형 상태에서 활동과 상수의 결과 값뿐만 아니라 이들과 결과 속도 상수 사이의 관계를 제공합니다. 정방향 및 역방향의 반응.
- 반응이 기본 유형일 때이 법칙을 적용하면 주어진 화학 반응과 그 속도 표현에 대한 적절한 평형 방정식이 얻어집니다.
대량 행동의 법칙의 예
-용액에서 발견되는 이온 사이의 비가 역적 반응을 연구 할 때이 법칙의 일반적인 표현은 종의 이온 강도와 속도 상수 사이의 관계를 설정하는 Brönsted-Bjerrum 공식으로 이어집니다. .
-희석 한 이상 용액 또는 기체 응집 상태에서 수행되는 반응을 분석하면 원래의 법칙 (80 년대 10 년)의 일반적인 표현이 얻어진다.
-보편적 인 특성을 가지고 있기 때문에이 법칙의 일반적인 표현은 열역학의 일부로 보는 대신 역학의 일부로 사용될 수 있습니다.
-전자 공학에서 사용될 때,이 법칙은 주어진 표면의 정공 밀도와 전자 사이의 곱이 평형 상태에서 일정한 크기를 가지며, 물질에 공급되는 도핑과는 독립적으로 결정하는 데 사용됩니다. .
-포식자와 먹이 사이의 역학 관계를 설명하기 위해이 법칙을 사용하는 것은 널리 알려져 있으며, 먹이에 대한 포식 관계가 포식자와 먹이 사이의 관계에 일정 비율을 제공한다고 가정합니다.
-건강 연구 분야에서이 법은 정치 및 사회적 관점에서 인간 행동의 특정 요소를 설명하는 데 적용될 수도 있습니다.
약리학에서 대량 행동의 법칙
D가 약물이고 R이 그것이 작용하는 수용체라고 가정하면, 둘 다 약리학 적 효과를 담당하는 DR 복합체를 생성하기 위해 반응합니다.
K = /
K는 해리 상수입니다. 약물이 수용체에 작용하는 직접적인 반응과 DR 복합체가 원래의 화합물로 해리되는 또 다른 반응이 있습니다. 각 반응에는 자체 속도가 있으며 K.가 만족되는 평형 상태에서만 동일합니다.
질량 법칙을 문자로 해석하면 D의 농도가 높을수록 형성된 DR 복합체의 농도가 높아집니다.
그러나 총 수신자 Rt에는 물리적 한계가 있으므로 사용 가능한 모든 D에 대해 무제한의 R이 없습니다. 마찬가지로, 약리학 분야에 대한 실험적 연구는이 분야의 질량 법칙에 다음과 같은 한계를 발견했습니다.
-대부분의 경우 실제로 그렇지 않은 경우 RD 링크가 가역적이라고 가정합니다.
-RD 결합은 두 가지 구성 요소 (약물 또는 수용체) 중 하나를 구조적으로 변경할 수 있으며, 이는 질량 법칙에 의해 고려되지 않는 상황입니다.
-더욱이 대중 법은 RD 형성에 여러 중개자가 개입하는 반응에 직면 해있다.
한계
질량 행동의 법칙은 모든 화학 반응이 원소라고 가정합니다. 즉, 분자 성은 관련된 각 종에 대한 각 반응 순서와 동일합니다.
여기서 화학 양론 계수 a, b, c, d는 반응 메커니즘에 관여하는 분자의 수로 간주됩니다. 그러나 글로벌 반응에서는 이러한 항목이 반드시 귀하의 주문과 일치하지는 않습니다.
예를 들어, aA + bB <=> cC + dD 반응의 경우 :
직접 및 역반응에 대한 속도 표현은 다음과 같습니다.
이것은 기본 반응에만 적용됩니다. 글로벌 반응의 경우 화학 양론 계수가 정확하지만 항상 반응 차수가 아니기 때문입니다. 직접 반응의 경우 후자는 다음과 같을 수 있습니다.
이 표현에서 w와 z는 종 A와 B에 대한 실제 반응 순서가 될 것입니다.
참고 문헌
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