Keseimbangan Kimia dan Prinsip Le Chatelier

Sesetengah tindak balas kimia boleh berlaku dalam kedua-dua arah. Apabila sistem tertutup mencapai keseimbangan, tindak balas ke hadapan dan tindak balas songsang masih berlaku, tetapi kadarnya sama. Oleh sebab itu, kepekatan bahan boleh kelihatan tidak berubah walaupun zarah terus bertindak balas pada aras mikroskopik.

Dinamik, bukan terhenti

Keseimbangan tidak bermaksud jumlah reaktan dan produk mesti sama. Yang sama ialah kadar tindak balas dalam kedua-dua arah. Pada suhu tertentu, komposisi keseimbangan berkait dengan pemalar keseimbangan, yang menerangkan hubungan antara aktiviti atau, dalam penghampiran tertentu, kepekatan spesies yang terlibat. Nilai pemalar yang besar biasanya menunjukkan bahawa komposisi keseimbangan lebih memihak kepada produk, manakala nilai yang kecil lebih memihak kepada reaktan. Nilai ini tidak menunjukkan berapa cepat keseimbangan dicapai.

Jika keadaan sistem diubah, komposisi keseimbangan boleh berubah. Prinsip Le Chatelier memberikan panduan kualitatif: sistem yang berada pada keseimbangan cenderung mengalami tindak balas bersih yang mengurangkan kesan gangguan sebelum mencapai keadaan keseimbangan baharu.

Kepekatan, tekanan dan suhu

Menambah reaktan atau menyingkirkan produk boleh mendorong tindak balas bersih ke arah pembentukan lebih banyak produk sehingga keseimbangan baharu dicapai. Bagi keseimbangan yang melibatkan gas, perubahan isi padu dan tekanan boleh mengubah komposisi apabila bilangan zarah gas berbeza antara kedua-dua sisi persamaan. Kesan sebenar perlu dinilai daripada persamaan dan keadaan sistem, bukan daripada slogan mudah semata-mata.

Suhu mempunyai kedudukan khas. Perubahan suhu bukan sahaja boleh mengubah komposisi keseimbangan, malah boleh mengubah nilai pemalar keseimbangan. Sebaliknya, perubahan kepekatan atau isi padu pada suhu tetap boleh mengubah komposisi tanpa mengubah nilai pemalar keseimbangan bagi tindak balas yang sama.

Hasil bahagi tindak balas dan pemalar keseimbangan

Bagi persamaan tindak balas tertentu, nisbah matematik antara kuantiti produk dan reaktan boleh ditulis sebagai hasil bahagi tindak balas, Q. Apabila sistem berada pada keseimbangan, Q mempunyai nilai tertentu yang disebut pemalar keseimbangan, K. Pada suhu yang sama, campuran yang bermula dengan komposisi berbeza boleh bergerak ke arah keadaan yang memenuhi nilai K yang sama. Nilai K yang besar atau kecil memberitahu kecenderungan komposisi keseimbangan, bukan kelajuan tindak balas mencapai keseimbangan.

Pemangkin mempercepat, bukan mengalihkan

Pemangkin menyediakan laluan tindak balas dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah untuk tindak balas ke hadapan dan songsang. Oleh itu, sistem boleh mencapai keseimbangan dengan lebih cepat, tetapi pemangkin tidak mengubah kedudukan keseimbangan atau nilai pemalar keseimbangan.

Tidak semua bahan muncul dalam ungkapan K

Dalam pengenalan menggunakan kepekatan atau tekanan separa, gas dan spesies terlarut biasanya menyumbang kepada ungkapan keseimbangan. Bagi pepejal tulen dan cecair tulen, aktiviti termodinamiknya diambil sebagai satu dalam ungkapan keseimbangan, maka ia tidak muncul sebagai faktor kepekatan atau tekanan yang berubah. Bagi sistem yang sangat tidak ideal, ahli kimia menggunakan aktiviti termodinamik supaya model keseimbangan kekal tepat.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?