LAG OM MASSÅTGÄRDER: TILLÄMPNINGAR, EXEMPEL - KEMI - 2025

Den massverkans lag fastställer förhållandet mellan de aktiva massorna av reaktanter och att av produkter, under jämviktsbetingelser och i homogena system (lösningar eller gas faser). Det formulerades av de norska forskarna CM Guldberg och P. Waage, som insåg att jämvikt är dynamiskt och inte statiskt.

Varför dynamiskt? Eftersom hastigheterna för framåt- och bakåtreaktionerna är lika. Aktiva massor uttrycks vanligen mol / L (molaritet). En sådan reaktion kan skrivas så här: aA + bB <=> cC + dD. För jämvikten som nämns i detta exempel illustreras förhållandet mellan reaktanter och produkter i ekvationen i bilden nedan.

K är alltid konstant, oavsett ämnets initiala koncentrationer, så länge temperaturen inte varierar. Här är A, B, C och D reaktanter och produkter; medan a, b, c och d är deras stökiometriska koefficienter.

Det numeriska värdet för K är en karakteristisk konstant för varje reaktion vid en given temperatur. Så K är det som kallas jämviktskonstanten.

Notationen innebär att i det matematiska uttrycket visas koncentrationerna i enheter av mol / L, höjda till en effekt lika med reaktionskoefficienten.

Vad är lagen om massaktioner?

Som tidigare nämnts uttrycker lagen om massverkan att hastigheten för en given reaktion är direkt proportionell mot produkten av koncentrationerna av den reaktanta arten, där koncentrationen av varje art är förhöjd till en effekt lika med dess koefficient stökiometrisk i den kemiska ekvationen.

I denna mening kan det bättre förklaras genom att ha en reversibel reaktion, vars allmänna ekvation illustreras nedan:

aA + bB ↔ cC + dD

Där A och B representerar reaktanterna och ämnena C och D representerar reaktionens produkter. På samma sätt representerar värdena för a, b, c och d de stökiometriska koefficienterna för A, B, C respektive D.

Med utgångspunkt från den föregående ekvationen erhålles jämviktskonstanten som nämnts tidigare, vilket illustreras som:

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

Där jämviktskonstanten K är lika med en kvot, i vilken telleren består av multiplikationen av koncentrationerna av produkterna (i jämviktstillståndet) höjt till deras koefficient i den balanserade ekvationen och nämnaren består av en liknande multiplikation men bland reaktanterna förhöjda till koefficienten som följer med dem.

Betydelse av jämviktskonstanten

Det bör noteras att jämviktskoncentrationerna för arten måste användas i ekvationen för att beräkna jämviktskonstanten, så länge det inte finns några modifieringar av dessa eller temperaturen i systemet.

På samma sätt ger värdet på jämviktskonstanten information om riktningen som föredras i en reaktion vid jämvikt, det vill säga den avslöjar om reaktionen är gynnsam gentemot reaktanterna eller produkterna.

I händelse av att storleken på denna konstant är mycket större än enhet (K »1) kommer jämvikten att förändras till höger och gynna produkterna; Medan storleken på denna konstant är mycket mindre än enhet (K «1), kommer jämvikten att flytta åt vänster och gynna reaktanterna.

Även om det enligt konventionen indikeras att ämnena på pilens vänstra sida är reaktanterna och de på höger sida är produkterna, kan det vara lite förvirrande att reaktanterna kommer från reaktionen i direkt mening blir produkterna i reaktionen i omvänd riktning och vice versa.

Kemisk balans

Reaktioner når ofta en jämvikt mellan mängderna av initiala ämnen och de av produkterna som bildas. Denna balans kan dessutom förskjutas för att öka eller minska ett av ämnena som deltar i reaktionen.

Ett analogt faktum inträffar i dissociationen av ett upplöst ämne: under en reaktion kan försvinnandet av de ursprungliga substanserna och bildandet av produkterna observeras experimentellt med varierande hastighet.

Reaktionshastigheten är starkt beroende av temperatur och i varierande grad av koncentrationen av reaktanterna. Faktum är att dessa faktorer studeras särskilt genom kemisk kinetik.

Emellertid denna jämvikt är inte statisk utan kommer från samexistensen av en direkt och en omvänd reaktion.

I den direkta reaktionen (->) bildas produkterna, medan de i den omvända reaktionen (<-) ursprungliga substanser.

Detta utgör så kallad dynamisk jämvikt, som nämns ovan.

Jämvikt i heterogena system

I heterogena system - det är i de som bildas av flera faser - kan koncentrationerna av de fasta ämnena betraktas som konstanta, uteslutande från det matematiska uttrycket för K.

CaCO ₃ (s) <=> CaO (s) + CO ₂ (g)

Således kan kalciumkarbonat i sönderdelningsbalansen anses vara konstant oavsett dess massa.

Balansförskjutningar

Det numeriska värdet för jämviktskonstanten avgör huruvida en reaktion gynnar bildandet av produkter eller inte. När K är större än 1 kommer jämviktssystemet att ha en högre koncentration av produkter än av reaktanter, och om K är mindre än 1, inträffar det motsatta: i jämvikt kommer det att finnas en större koncentration av reaktanter än produkter.

Le Chatelier-principen

Påverkan av variationer i koncentration, temperatur och tryck kan förändra reaktionshastigheten.

Till exempel, om gasformiga produkter bildas i en reaktion, får en ökning av trycket över systemet att reaktionen löper i motsatt riktning (mot reaktanterna).

I allmänhet är de oorganiska reaktionerna som sker mellan joner mycket snabba, medan de organiska har mycket lägre hastigheter.

Om värme produceras i en reaktion tenderar en ökning av utetemperaturen att orientera den i motsatt riktning, eftersom den omvända reaktionen är endotermisk (absorberar värme).

På samma sätt, om ett överskott orsakas i en av reaktanterna i ett jämviktssystem, kommer de andra substanserna att bilda produkter för att neutralisera nämnda modifiering till det maximala.

Som ett resultat förskjuts jämvikten och föredrar det ena eller det andra sättet genom att öka reaktionshastigheten, på ett sådant sätt att värdet på K förblir konstant.

Alla dessa yttre påverkan och balansresponsen för att motverka dem är det som kallas Le Chatelier-principen.

tillämpningar

Trots dess enorma användbarhet, när denna lag föreslogs, hade den inte den önskade effekten eller relevansen i det vetenskapliga samfundet.

Från 1900-talet ökade emellertid beryktningen tack vare det faktum att de brittiska forskarna William Esson och Vernon Harcourt tog upp det igen flera decennier efter dess promulgering.

Massanlagstiftningen har haft många tillämpningar över tid, av vilka några är listade nedan:

• Eftersom det formuleras i termer av aktiviteter snarare än koncentrationer, är det användbart för att bestämma avvikelser från reaktanternas ideala beteende i en lösning, så länge det överensstämmer med termodynamik.
• När en reaktion närmar sig jämvikt kan förhållandet mellan reaktionens nettotakt och den omedelbara Gibbs fria energin för en reaktion förutsägas.
• I kombination med den detaljerade jämviktsprincipen föreskriver denna lag i allmänna termer de resulterande värdena, enligt termodynamik, av aktiviteterna och konstanten i jämviktstillståndet, såväl som förhållandet mellan dessa och de resulterande hastighetskonstanterna för reaktioner i framåt och bakåt.
• När reaktionerna är av elementär typ erhålls tillämpning av denna lag den lämpliga jämviktsekvationen för en given kemisk reaktion och uttryck för dess hastighet.

Exempel på lagen om massaktioner

- När man studerar en irreversibel reaktion mellan joner som finns i lösningen leder det allmänna uttrycket för denna lag till Brönsted-Bjerrum-formuleringen, som fastställer förhållandet mellan artenes jonstyrka och hastighetskonstanten .

-När analys av reaktionerna som utförs i utspädda idealiska lösningar eller i ett tillstånd av gasformig aggregering erhålls det allmänna uttrycket för den ursprungliga lagen (decennium av 80-talet).

-Som den har universella egenskaper kan det allmänna uttrycket för denna lag användas som en del av kinetiken istället för att se den som en del av termodynamiken.

-När den används i elektronik används denna lag för att bestämma att multiplikationen mellan hålens täthet och elektronerna på en given yta har en konstant storlek i jämviktstillståndet, även oberoende av dopningen som tillförs materialet .

-Användningen av denna lag för att beskriva dynamiken mellan rovdjur och rov är allmänt känd, förutsatt att rovdjursförhållandet på rovet ger en viss andel med förhållandet mellan rovdjur och rov.

- Inom hälsoundersökningar kan denna lag till och med tillämpas för att beskriva vissa faktorer för mänskligt beteende ur politiska och sociala synvinklar.

Lagen om massåtgärder i farmakologi

Om man antar att D är läkemedlet och R är receptorn på vilket det verkar reagerar båda för att de kommer från DR-komplexet, ansvariga för den farmakologiska effekten:

K = /

K är dissociationskonstanten. Det finns en direkt reaktion där läkemedlet verkar på receptorn, och en annan där DR-komplexet dissocieras till de ursprungliga föreningarna. Varje reaktion har sin egen hastighet och motsvarar sig bara vid jämvikt, där K. är nöjd.

Tolkning av masslagen till bokstaven, desto högre koncentration av D, desto högre koncentration av DR-komplexet bildades.

Emellertid har totalmottagare Rt en fysisk gräns, så det finns inget obegränsat belopp R för alla tillgängliga D. På liknande sätt har experimentella studier inom farmakologin funnit följande begränsningar av masslagen på detta område:

- Det antar att RD-länken är vändbar, när den i de flesta fall verkligen inte är den.

- RD-bindningen kan strukturellt förändra en av de två komponenterna (läkemedlet eller receptorn), en omständighet som inte beaktas av masslag.

- Vidare försvinner masslagen inför reaktioner där flera mellanhänder intervenerar i bildandet av RD.

begränsningar

Lagen om massverkan antar att varje kemisk reaktion är elementär; med andra ord, att molekyliteten är densamma som respektive reaktionsordning för varje involverad art.

Här betraktas de stökiometriska koefficienterna a, b, c och d som antalet molekyler som är involverade i reaktionsmekanismen. Men i en global reaktion stämmer dessa inte nödvändigtvis med din beställning.

Till exempel för reaktionen aA + bB <=> cC + dD:

Hastighetsuttrycket för de direkta och omvända reaktionerna är:

Detta gäller endast elementära reaktioner, eftersom för globala reaktioner, även om de stökiometriska koefficienterna är korrekta, inte alltid är reaktionsordningarna. När det gäller den direkta reaktionen, kan den senare vara:

I detta uttryck skulle w och z vara de verkliga reaktionsordningarna för arter A och B.

referenser

1. Jeffrey Aronson. (2015, 19 november). Livets lagar: Guldberg och Waages lag om massåtgärder. Hämtad den 10 maj 2018 från: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Massa lag. Hämtad den 10 maj 2018 från: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Lag om massåtgärder och jämviktskonstant. Hämtad den 10 maj 2018 från: askiitians.com
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Kemi. Volym 9, Salvat SA från ediciones Pamplona, ​​Spanien. S 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kemi. I termodynamik och kemisk jämvikt. (Fjärde upplagan). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev. (2018). Lagen om massåtgärder i farmakodynamik. Hämtad den 10 maj 2018 från: derangedphysiology.com