JOUKKOTOIMENPIDELAKI: SOVELLUKSET, ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Massavaikutuksen lain vahvistetaan suhde aktiiviseen massojen reagenssien ja että tuotteiden, tasapaino-olosuhteissa ja homogeeninen järjestelmissä (liuokset tai kaasu vaiheet). Sen ovat laatineet norjalaiset tutkijat CM Guldberg ja P. Waage, jotka tunnustivat, että tasapaino on dynaaminen eikä staattinen.

Miksi dynaaminen? Koska eteen- ja käänteisten reaktioiden nopeudet ovat yhtä suuret. Aktiiviset massat ilmaistaan ​​yleensä mol / L (molaarisuus). Tällainen reaktio voidaan kirjoittaa näin: aA + bB <=> cC + dD. Tässä esimerkissä mainitussa tasapainossa reagenssien ja tuotteiden välinen suhde esitetään alla olevan kuvan yhtälössä.

K on aina vakio riippumatta aineiden alkuperäisistä pitoisuuksista, kunhan lämpötila ei vaihtele. Tässä A, B, C ja D ovat reagensseja ja tuotteita; kun taas a, b, c ja d ovat niiden stökiometriset kertoimet.

K: n numeerinen arvo on ominaisvakio kullekin reaktiolle tietyssä lämpötilassa. Joten K on niin kutsuttu tasapainovakio.

Merkintä tarkoittaa, että matemaattisessa lausekkeessa pitoisuudet esiintyvät mol / L yksiköinä, nostettuna tehoon, joka on yhtä suuri kuin reaktiokerroin.

Mikä on massatoiminnan laki?

Kuten aiemmin mainittiin, massavaikutuslaki ilmaisee, että tietyn reaktionopeus on suoraan verrannollinen reagoivien lajien pitoisuuksien tuotteeseen, jossa kunkin lajin pitoisuus on korotettu tehoon, joka on yhtä suuri kuin sen kertoimen stökiometrinen kemiallisessa yhtälössä.

Tässä mielessä se voidaan selittää paremmin palautuvalla reaktiolla, jonka yleinen yhtälö kuvataan alla:

aA + bB ↔ cC + dD

Missä A ja B edustavat reagensseja ja aineet nimeltään C ja D edustavat reaktion tuotteita. Samoin arvot a, b, c ja d edustavat vastaavasti A: n, B: n, C: n ja D: n stökiometrisiä kertoimia.

Edellisestä yhtälöstä saadaan aikaisemmin mainittu tasapainovakio, joka esitetään seuraavasti:

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

Kun tasapainovakio K on yhtä suuri kuin jakokerroin, jossa osoittaja muodostuu kertoimella tuotteiden pitoisuudet (tasapainotilassa), jotka on nostettu niiden kertoimeen tasapainotetussa yhtälössä, ja nimittäjä koostuu samanlaisesta kertolaskelmasta mutta reagoivien joukossa, jotka on kohotettu kertoimeen, joka seuraa niitä.

Merkitys tasapainon vakio

On huomattava, että lajien tasapainokonsentraatioita on käytettävä yhtälössä tasapainovakion laskemiseen, kunhan niihin tai järjestelmän lämpötilaan ei ole muutoksia.

Samalla tavoin tasapainotilan vakio antaa tietoa suunnasta, jota suositaan tasapainotilassa tapahtuvassa reaktiossa, ts. Se paljastaa, onko reaktio suotuisa reagensseille tai tuotteille.

Siinä tapauksessa, että tämän vakion suuruus on paljon suurempi kuin yksikkö (K »1), tasapaino muuttuu oikealle ja suosii tuotteita; Kun taas tämän vakion suuruus on paljon pienempi kuin yksikkö (K «1), tasapaino muuttuu vasemmalle ja suosii reagensseja.

Samoin, vaikka tavanomaisesti ilmoitetaan, että nuolen vasemmalla puolella olevat aineet ovat reagensseja ja oikealla puolella olevat tuotteet ovat tuotteita, voi olla hieman hämmentävää, että reaktiossa syntyvät reagenssit suorasta mielestä tulee tuotteita reaktiossa käänteisesti ja päinvastoin.

Kemiallinen tasapaino

Reaktiot saavuttavat usein tasapainon lähtöaineiden ja muodostuvien tuotteiden määrien välillä. Tämä tasapaino voi lisäksi siirtyä suosimaan yhden reaktioon osallistuvan aineen lisäämistä tai vähentämistä.

Vastaava tosiasia tapahtuu liuenneen aineen dissosioinnissa: reaktion aikana lähtöaineiden häviämistä ja tuotteiden muodostumista voidaan havaita kokeellisesti muuttuvalla nopeudella.

Reaktion nopeus riippuu suuresti lämpötilasta ja vaihtelevassa määrin reagenssien pitoisuuksista. Itse asiassa näitä tekijöitä tutkitaan erityisesti kemiallisella kinetiikalla.

Tämä tasapaino ei kuitenkaan ole staattinen, vaan johtuu suoran ja käänteisen reaktion rinnakkaiselosta.

Suorassa reaktiossa (->) muodostuu tuotteita, kun taas käänteisessä reaktiossa (<-) ne muodostavat lähtöaineet uudelleen.

Tämä muodostaa edellä mainitun dynaamisen tasapainon.

Tasapaino heterogeenisissä järjestelmissä

Heterogeenisissä järjestelmissä - toisin sanoen useissa vaiheissa muodostuvissa - kiinteiden aineiden pitoisuuksia voidaan pitää vakiona, ottamatta huomioon K: n matemaattista lauseketta.

CaCO ₃ (s) <=> CaO (s) + CO ₂ (g)

Siksi kalsiumkarbonaatin hajoamisen tasapainossa sen ja tuloksena olevan oksidin pitoisuutta voidaan pitää vakiona sen massasta riippumatta.

Tasapaino muuttuu

Tasapainonvakion numeerinen arvo määrittää, suosiiko reaktio tuotteiden muodostumista vai ei. Kun K on suurempi kuin 1, tasapainosysteemissä on suurempi pitoisuus tuotteita kuin reagensseissa, ja jos K on pienempi kuin 1, tapahtuu päinvastoin: tasapainossa reagoivien aineiden pitoisuus on suurempi kuin tuotteissa.

Le Chatelier -periaate

Pitoisuuden, lämpötilan ja paineen vaihteluiden vaikutus voi muuttaa reaktion nopeutta.

Esimerkiksi, jos reaktiossa muodostuu kaasumaisia ​​tuotteita, järjestelmän paineen nousu aiheuttaa reaktion kulkevan vastakkaiseen suuntaan (kohti reagensseja).

Ionien väliset epäorgaaniset reaktiot ovat yleensä erittäin nopeita, kun taas orgaanisten reaktioiden nopeudet ovat paljon pienemmät.

Jos lämpöä tuotetaan reaktiossa, ulkolämpötilan nousulla on taipumus suunnata sitä vastakkaiseen suuntaan, koska käänteinen reaktio on endoterminen (absorboi lämpöä).

Samoin, jos yhdessä reagenssissa tasapainotilassa olevaan järjestelmään sisältyy ylimäärää, muut aineet muodostavat tuotteita neutraloimaan mainittu modifikaatio maksimaalisesti.

Seurauksena tasapaino muuttuu suosimalla tavalla tai toisella lisäämällä reaktionopeutta siten, että K-arvo pysyy vakiona.

Kaikki nämä ulkoiset vaikutteet ja tasapainovaste niiden torjumiseksi on niin kutsuttu Le Chatelier-periaate.

Sovellukset

Huolimatta valtavasta hyödyllisyydestään, kun lakia ehdotettiin, sillä ei ollut toivottua vaikutusta tai merkitystä tiedeyhteisössä.

1900-luvulta lähtien se sai kuitenkin tunnetuksi, koska brittiläiset tutkijat William Esson ja Vernon Harcourt ottivat sen uudelleen esiin useita vuosikymmeniä sen julkaisemisen jälkeen.

Joukkojen toiminnan lailla on ollut ajan kuluessa monia sovelluksia, joista jotkut on lueteltu alla:

• Koska se on muotoiltu aktiivisuuksien eikä pitoisuuksien perusteella, se on hyödyllinen määritettäessä poikkeamia reagenssien ihanteellisesta käyttäytymisestä liuoksessa, kunhan se on termodynamiikan mukainen.
• Kun reaktio lähestyy tasapainoa, reaktion nettonopeuden ja reaktion hetkellisen Gibbs-vapaan energian välinen suhde voidaan ennustaa.
• Yhdistettynä yksityiskohtaiseen tasapainoperiaatteeseen tässä laissa säädetään yleisesti termodynamiikan mukaisista tuloksista aktiivisuuksien arvoista ja tasapainotilassa olevasta vakiosta, samoin kuin suhteesta näiden ja tuloksena olevien nopeusvakioiden välillä. reaktiot eteen- ja taaksepäin.
• Kun reaktiot ovat alkutyyppejä, tämän lain soveltamisella saadaan sopiva tasapainoyhtälö tietylle kemialliselle reaktiolle ja sen nopeuden ilmaisu.

Esimerkkejä joukkotoimien laista

-Tutkiessaan liuoksessa löydettyjen ionien välistä peruuttamatonta reaktiota, tämän lain yleinen ilmaus johtaa Brönsted-Bjerrum-formulaatioon, joka vahvistaa lajin ionisen voimakkuuden ja nopeusvakion välisen suhteen.

- Analysoitaessa reaktioita, jotka suoritetaan laimeissa ihanteellisissa ratkaisuissa tai kaasumaisen aggregaation tilassa, saadaan alkuperäisen lain (80-luvun vuosikymmen) yleinen ilmaisu.

- Koska sillä on yleismaailmallisia ominaisuuksia, tämän lain yleistä ilmaisua voidaan käyttää osana kinetiikkaa sen sijaan, että sitä pidettäisiin osana termodynamiikkaa.

- Käytettäessä elektroniikassa tätä lakia käytetään määrittämään, että reikien tiheysten ja tietyn pinnan elektronien välinen kertolasku on tasapainossa vakiona, jopa materiaaliin syötetystä dopingista riippumatta.

- Tämän lain käyttö petoeläinten ja saaliin välisen dynamiikan kuvaamiseen on laajalti tunnettua olettaen, että saaliin petoksisuhde edustaa tiettyä osaa saalistajien ja saaliin välisessä suhteessa.

- Terveystutkimuksen alalla tätä lakia voidaan soveltaa jopa kuvaamaan ihmisten käyttäytymisen tiettyjä tekijöitä poliittisesta ja sosiaalisesta näkökulmasta.

Farmakologian joukkotoimenpidelaki

Olettaen, että D on lääke ja R on reseptori, johon se vaikuttaa, molemmat reagoivat muodostaen DR-kompleksin, joka vastaa farmakologisesta vaikutuksesta:

K = /

K on dissosiaatiovakio. On suora reaktio, jossa lääke vaikuttaa reseptoriin, ja toinen, jossa DR-kompleksi hajoaa alkuperäisiksi yhdisteiksi. Jokaisella reaktiolla on oma nopeutensa, joka tasaa itsensä vain tasapainossa, K. on tyytyväinen.

Massalain tulkitseminen kirjaimelle, mitä korkeampi on D-pitoisuus, sitä suurempi on muodostuneen DR-kompleksin pitoisuus.

Kokonaisvastaanottimilla Rt on kuitenkin fyysinen raja, joten kaikille käytettävissä oleville D ei ole rajoittamatonta määrää R: tä. Samoin kokeellisissa tutkimuksissa farmakologian alalla on löydetty seuraavat rajoitukset tämän alan massalakiin:

- Siinä oletetaan, että RD-yhteys on palautuva, vaikka useimmissa tapauksissa se ei ole.

- RD-sidos voi rakenteellisesti muuttaa jompaa kumpaa komponenttia (lääke tai reseptori), olosuhdetta, jota ei ole huomioitu massalaissa.

- Lisäksi joukkolaki heikentää reaktioita, joissa useita välittäjiä puuttuu RD: n muodostumiseen.

rajoitukset

Massatoiminnan laki edellyttää, että jokainen kemiallinen reaktio on alkuaine; toisin sanoen, että molekyylisuus on sama kuin vastaava reaktiojärjestys kullekin mukana olleelle lajille.

Stökiömetrisiä kertoimia a, b, c ja d pidetään tässä reaktiomekanismissa mukana olevien molekyylien lukumääränä. Globaalissa reaktiossa nämä eivät kuitenkaan välttämättä vastaa tilaustasi.

Esimerkiksi reaktiolle aA + bB <=> cC + dD:

Nopeuden ilmaisu suorille ja käänteisille reaktioille on:

Tämä pätee vain alkuainereaktioihin, koska globaaleissa reaktioissa, vaikka stökiometriset kertoimet ovat oikeat, ne eivät aina ole reaktiojärjestyksiä. Suoran reaktion tapauksessa jälkimmäinen voisi olla:

Tässä lausekkeessa w ja z olisivat todelliset reaktiojärjestykset lajeille A ja B.

Viitteet

1. Jeffrey Aronson. (2015, 19. marraskuuta). Elämän lait: Guldbergin ja Waagen joukkotoimien laki. Haettu 10. toukokuuta 2018, osoitteesta: cebm.net
2. ScienceHQ. (2018). Massatoiminnan laki. Haettu 10. toukokuuta 2018, osoitteesta: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Joukkotieteen laki ja tasapainotilanne. Haettu 10. toukokuuta 2018, osoitteesta: askiitians.com
4. Salvatin tietosanakirja. (1968). Kemia. Volume 9, Salvat SA, ediciones Pamplona, ​​Espanja. P 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysikaalinen kemia. Termodynamiikassa ja kemiallisessa tasapainossa. (Neljäs painos). Longmans. P 169.
6. Alex Yartsev. (2018). Farmakodynamiikan massalaki. Haettu 10. toukokuuta 2018, osoitteesta: derangedphysiology.com