Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

Az egyensúlyi állandó alkalmazása

A gázfázisban lejátszódó kémiai folyamatokra az egyensúlyi állandó kétféleképpen is megadható: az egyensúlyi gázelegy alkotórészeinek koncentrációival (Kp), ill. parciális nyomásukkal (Kc). A kétféle lehetőség szemléltetésére a kénsavgyártás egyik fontos lépését, a SO3(g) képződését használjuk fel:

2 SO2(g) + O2(g)

2 SO3(g).

A folyamatra jellemző Kc 1000 K hőmérsékleten:

Az ideális gáztörvényt leíró összefüggés, PV=nRT felhasználásával kifejezhetjük a gázok koncentrációját.

és

Behelyettesítve a Kc-t leíró egyenletbe a következő összefüggéshez jutunk:

RT .

Az egyensúlyi nyomásokkal kifejezett hányadost Kp-vel helyettesítve a Kc és Kp közötti összefüggéshez jutunk:

Kc = KpRT .

A nyomásokkal kifejezett egyensúlyi állandó (Kp) tehát kiszámítható a koncentrációkkal megadott egyensúlyi állandó értékéből. Már utaltunk arra, hogy az egyensúlyi állandót általában egység nélküli számmal adják meg. A Kc és Kp átszámításánál azonban a koncentrációt célszerű mol/dm3-ben és a nyomást Pa-ban megadni. A fenti példában T=1000 K és R=8,314-103 dm3 Pa mol–1 K–1, ezért

Kp = Kc/RT 280/(8,314 · 103 · 1000) =3,4·10–5.

A fenti összefüggés általánosítható:

ahol

a reakcióegyenletben található gázállapotú anyagok sztöchiometriai együtthatóinak különbsége. Ennek megfelelően

ami SO2 oxidációjában –1-nek adódik.

Példa

A metil-alkohol ipari előállítása az alábbi kémiai egyensúlyon alapul:

CO(g) + 2 H2(g)

CH3OH(g).

Az egyensúlyra jellemző egyensúlyi koncentrációk 700 K hőmérsékleten: [H2] = 0,072 mol/dm3, [CO] = 0,020 mol/dm3 és [CH3OH] = 0,030 mol/dm3. Számítsuk ki a Kc és Kp értékeit ezen a hőmérsékleten!

A Kc értéke az egyensúlyi koncentrációkból közvetlenül számolható:

A Kp számításához meg kell határoznunk a

értékét:

Ennek megfelelően:

A folyadékfázisban (pl. vizes oldatokban) végbemenő kémiai folyamatok is homogén egyensúlyokkal írhatók le és az egyensúlyi elegy összetevőinek koncentrációiból számítható a Kc értéke.

Heterogén egyensúlyokban a reagáló anyagok és a termékek nem azonos fázisban vannak. Pl. a folyadék–szilárd és a szilárd–gáz egyensúlyokban a szilárd fázisban található anyag koncentrációja nem változik. Ezért csak a második fázisban lejátszódó folyamat jellemezhető a megfelelő egyensúlyi koncentrációkkal. Az ezüst-szulfid oldódási egyensúlyát már korábban bemutattuk:

Ag2S(s)

2 Ag+ +S2–

A fenti heterogén egyensúly Kc kifejezésében csak a folyadékfázis egyensúlyi ionkoncentrációi szerepelnek:

A kalcium-karbonát termikus disszociációját kifejező heterogén egyensúly

CaCO3(s)

CaO(s) +CO2(g),

kétféle egyensúlyi állandóval is jellemezhető:

és

A fenti két kifejezés azt mutatja, hogy csak a szén-dioxid koncentrációjától, ill. nyomásától függ az egyensúly egy adott hőmérsékleten, amennyiben a szilárd CaCO3 és CaO is jelen van.

A K számértéke utal az egyensúlyi állapotra: ha K>1, a termékek képződési irányába, ha K<1, a reagáló anyagok irányába tolódik el az egyensúly. A kémiai egyensúly mindkét irányból elérhető, pl. a szilárd Ag2S oldása vízben Ag+-t és S2–-t szolgáltat, míg Ag+ és S2– reakciójában Ag2S csapadék keletkezik.

A nem egyensúlyi reakcióelegyek jellemzésére a reakcióhányadost (Qc) használjuk. Formailag hasonlít a Kc kifejezésére, azonban a Qc értékében szereplő koncentrációk nem egyensúlyi koncentrációknak felelnek meg. A Qc és Kc közötti összefüggés szemléltetésére tekintsük az alábbi általános kémiai reakciót:

aA + bB = cC + dD ,

ami egy tetszés szerinti állapotban

reakcióhányadossal jellemezhető. A folyamat lejátszódását az egyensúlyig a Qc és Kc viszonya határozza meg.

1. Qc < Kc esetén a reagáló anyagok koncentrációja csökken és a termékek koncentrációja növekszik az egyensúly eléréséig, a reakció a felső nyíl irányába játszódik le.

2. Qc > Kc esetén a termékek koncentrációja csökken és a reaktánsok koncentrációja növekszik az egyensúlyig vezető folyamatban, a reakció az alsó nyíl irányába halad.

3. Qc = Kc. a kémiai egyensúlyra jellemző feltétel, a reakcióhányados értéke az egyensúlyi elegynek megfelelő összetételre utal.

Példa

Az iparban „vízgáz”-reakcióval állítanak elő hidrogéngázt:

CO(g) + H2O(g)

CO2(g)+H2(g).

A gázfázisú reakcióra jellemző Kc=1,00 (T=1000 K hőmérsékleten). Mi történik a 2 mol/dm3 CO, 2 mol/dm3 H2O, 1 mol/dm3 CO2 és 1 mol/dm3 H2 összetételű gázelegyben 1000 K hőmérsékleten?

A reakcióelegy összetételéből a Qc kiszámítható:

Mivel a Qc < Kc, ezért a reakció a felső nyíl irányába játszódik le. Ennek megfelelően a CO és H2O koncentrációja kisebb, míga CO2 és H2 koncentrációja nagyobb lesz az egyensúlyban.

Tartalomjegyzék

ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
Impresszum
Az Olvasóhoz
chevron_rightÁltalános kémia
- chevron_rightKémiai alapfogalmak
- chevron_rightAz atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
  - chevron_rightA kvantumelmélet alapjai
    - A fény hullámtermészete
    - Az elektronhullámok és a kvantummechanika
  - chevron_rightSzínképek
    - Emissziós és abszorpciós színképek
    - Atomszínképek
  - A hidrogénatom Bohr-féle modellje
  - chevron_rightA kvantummechanikai atommodell
    - Kvantumszámok
    - Atomorbitálok
  - chevron_rightTöbbelektronos atomok elektronszerkezete
    - Az elektronhéjak energiaszintje
    - Az elektronhéjak felépülésének törvényei
  - chevron_rightAz elemek periódusos rendszere
  - chevron_rightPeriodikus tulajdonságok
- chevron_rightA molekulák szerkezete
  - chevron_rightAz elsődleges kémiai kötés alaptípusai
    - A férnes kötés
    - Az ionkötés
    - chevron_rightA kovalens kötés
      - Kovalens kötéshossz és kötési energia
  - chevron_rightÁtmenet a kötéstípusok között
    - Elektronegativitás
  - chevron_rightA kovalens kötés elmélete
    - chevron_rightA vegyértékkötés-elmélet
    - chevron_rightA molekulaorbitál-elmélet
      - Kétatomos molekulák molekulaorbitáljai
      - Többszörös kötések, delokalizált molekulapályák
  - chevron_rightMásodlagos kémiai kötések
- chevron_rightHalmazállapotok
  - chevron_rightGázhalmazállapot
  - chevron_rightFolyékony és szilárd halmazállapot
- chevron_rightOldatok és kolloidok
- chevron_rightA víz és a vizes oldatok
- chevron_rightKémiai egyensúlyok
- chevron_rightKémiai termodinamika
- chevron_rightReakciókinetika
  - chevron_rightReakciósebesség és reakciómechanizmus
  - chevron_rightHőmérséklet és reakciósebesség
    - Ütközési elmélet
    - chevron_rightAz átmeneti állapot (aktivált komplex) elmélete
      - Kémiai reakciók energiaváltozása
  - chevron_rightTöbb elemi lépésből álló reakciók
  - chevron_rightKatalízis
    - Homogén katalízis
    - Heterogén katalízis
- chevron_rightElektrokémia
  - chevron_rightA redoxifolyamatok áttekintése
  - chevron_rightAz elektrokémia alapjai
- chevron_rightA redoxifolyamatok termodinamikája
  - A Nernst-egyenlet
  - Redoxifolyamatok az anyagcserében
- chevron_rightAz elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
chevron_rightBioszervetlen kémia
- chevron_rightKomplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- chevron_rightAz alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- chevron_rightA magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
  - chevron_rightA magnézium bioszervetlen kémiája
    - Magnéziumkomplexek
  - chevron_rightA kalcium élettani szerepe
- chevron_rightAz átmenetifémek komplexei
  - chevron_rightA vas biológiai jelentősége
    - chevron_rightA vas szerepe az oxigénkötésben és az oxigéntranszportban
    - chevron_rightVas–kén fehérjék biológiai funkciói
      - Citokrómok
      - Kataláz, peroxidáz, citokróm-P450
    - chevron_rightVasanyagcsere
  - chevron_rightA réz biológiai jelentősége
    - chevron_rightA réz biokémiai evolúciója. Fontosabb rézfehérjék
    - chevron_rightRézfehérjék az elektrontranszportban
    - chevron_rightA rézanyagcsere és zavarai
      - Wilson-kór
      - Menkes-kór
  - chevron_rightA cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
    - chevron_rightA cink biológiai funkciói
      - Cinkenzimek szerkezete
      - „Cinkujj” fehérjék szerkezete
  - Metallotioneinek és funkciójuk
  - chevron_rightA molibdén és a mangán biológiai szerepe
    - Molibdénkomplexek
    - Mangánkomplexek
  - A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
  - A platinakomplexek daganatellenes hatása
- chevron_rightAz alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
  - Az alumínium hatása az emberi szervezetre
  - Óncsoport: germánium, ón, ólom
- chevron_rightA szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- chevron_rightA nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- chevron_rightAz oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
  - chevron_rightAz oxigén bioszervetlen kémiája
  - chevron_rightA szelén biológiai jelentősége
    - A szelénvegyületek élettani hatásai
- chevron_rightA halogének bioszervetlen kémiája
chevron_rightIrodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
Rendszám- és atomtömeg-táblázat

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 705 1

Orvostudomány

A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.

Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero