Egy egyensúlyi állandó ismerete önmagában nem mondja meg, melyik irányba változik egy adott kiinduló elegy összetétele. Ehhez a pillanatnyi állapotból számolt reakcióhányadost is meg kell határozni. Ugyanaz a K egyik kezdeti állapotnál előre, másiknál visszafelé mutató nettó változással járhat.
A következő saját példa két elképzelt anyag A ⇌ B átalakulását vizsgálja. Zárt rendszer, állandó térfogat és hőmérséklet, ideális viselkedés, egy-egy sztöchiometriai együttható szerepel. Konkrét vegyi anyag, reakcióeljárás vagy üzemi alkalmazás nincs a feladatban.
A Q pillanatnyi adat, a K az adott hőmérséklethez tartozik
A választott modellben az aktivitások aránya koncentrációaránnyal helyettesíthető, ezért Q = [B]/[A], egyensúlyban pedig K = [B]egy/[A]egy. Az arányhoz azonos koncentrációegységeket kell használni.
Legyen K = 4. Az első kiinduló elegyben [A] = 0,8 mol/l, [B] = 0,2 mol/l. Ekkor Q = 0,2/0,8 = 0,25, amely kisebb 4-nél. A nettó változás iránya ezért ebben a modellben B képződése felé mutat.
Az OpenStax egyensúlyi számításokról szóló fejezete a kezdeti koncentrációkat és a sztöchiometrikus változásokat együtt kezeli. Az itt szereplő A, B és a számértékek önálló szemléltető feladatot alkotnak.
Az első kiindulásból számold ki az elmozdulást
Legyen x az A-ból B-be átkerülő koncentráció. Az egyensúlyi értékek [A] = 0,8 − x és [B] = 0,2 + x. Az egyensúlyi feltétel (0,2 + x)/(0,8 − x) = 4.
Rendezve 0,2 + x = 3,2 − 4x, tehát 5x = 3, amiből x = 0,6 mol/l. A végeredmény [A] = 0,2 mol/l, [B] = 0,8 mol/l.
Két ellenőrzés is teljesül: az arány 0,8/0,2 = 4, az összes koncentráció pedig 0,2 + 0,8 = 1 mol/l, ugyanannyi, mint kezdetben. Az összeg megőrzése itt az 1:1 reakcióból és az állandó térfogatból következik.
Másik kiindulásnál negatív x is helyes lehet
A második elegyben legyen [A] = 0,1 mol/l, [B] = 0,9 mol/l. Ekkor Q = 9, amely nagyobb K-nál. A nettó változás most A képződése felé mutat.
Ugyanazzal az előjel-megállapodással (0,9 + x)/(0,1 − x) = 4. Ebből x = −0,1 mol/l. A negatív előjel visszafelé történő változást jelent; az egyensúlyi koncentrációk ismét 0,2 és 0,8 mol/l.
A kémiai egyensúly kalkulátorban ehhez az A ⇌ B változatot válaszd. A 2A ⇌ B feladat más sztöchiometriát és más egyensúlyi kifejezést jelent. Az egyik képlet eredménye nem vihető át változtatás nélkül a másikra.
A K nem idő és nem összmennyiség
Ha a rendszer összes A+B koncentrációja 2 mol/l volna, azonos K = 4 mellett 0,4 mol/l A és 1,6 mol/l B adódna. Az arány megmarad, az abszolút mennyiségek megkétszereződnek.
Az egyensúlyi állandóból az sem állapítható meg, hány perc alatt érjük el az egyensúlyt. Ehhez kinetikai adatok szükségesek. A kapott összetétel és az elérés sebessége külön kérdés; a jelen számítás kizárólag az ideális egyensúlyi állapotot határozza meg.
Gyakori kérdések
Az x negatív értéke hibás koncentrációt jelent?
Nem feltétlenül. Az x előjeles változás; a kiszámított végső koncentrációknak kell nemnegatívnak lenniük és teljesíteniük az egyenleteket.
Mi történik, ha kezdetben Q = K?
A megadott modell már egyensúlyi összetételt ír le, ezért x = 0 adódik. A mikroszkopikus folyamatok ettől még nem feltétlenül állnak le.
A nagy K garantál gyors átalakulást?
Nem. Az egyensúlyi arány nem reakciósebesség. A folyamat időbeli lefolyásához további paraméterek szükségesek.