Gleichgewichtskonstante

Gleichgewichtskonstante Definition

Eine Gleichgewichtskonstante, Keq, ist eine Variable, die die Tendenz einer chemischen Reaktion beschreibt, zur Vollendung überzugehen, was bedeutet, dass alle Reaktanten in Produkte umgewandelt werden. Das Gleichgewicht einer Reaktion ist der Punkt, an dem die Umwandlung von Reaktanten in Produkte der Umwandlung von Produkten in Reaktanten entspricht.,

Gleichgewichtskonstante Übersicht

Eine große Gleichgewichtskonstante bedeutet, dass die Reaktion in Vorwärtsrichtung von Reaktanten zu Produkten abläuft, bis fast alle Reaktanten in Produkte umgewandelt wurden. Eine kleine Gleichgewichtskonstante oder wenn Keq kleiner als eins ist, bedeutet, dass die chemische Reaktion die Reaktanten begünstigt und die Reaktion in die entgegengesetzte Richtung verläuft. Eine Gleichgewichtskonstante von 1 zeigt an, dass die Reaktanten und Produkte gleich sind, wenn die Reaktion das Gleichgewicht erreicht.,

Wissenschaftler verwenden die Gleichgewichtskonstante einer Gleichung, um besser zu verstehen, wie schnell das Gleichgewicht erreicht wird und ob das Gleichgewicht Reaktanten oder Produkte begünstigt. Die Konstante kann unter Verwendung des Verhältnisses von Produkten zu Reaktanten berechnet werden, wenn die Gleichung das Gleichgewicht erreicht hat. Die Gleichgewichtskonstante wird häufig durch die Variable Keq dargestellt, die durch den unten gezeigten Gleichgewichtskonstanten-Ausdruck definiert wird.,

Gleichgewichtskonstantenausdruck Für eine Reaktion

Der Gleichgewichtskonstantenausdruck beschreibt die Konzentration von Produkten geteilt durch die Konzentration von Reaktanten, wenn die Reaktion das Gleichgewicht erreicht. Dieser Ausdruck kann unten gesehen werden.

In der Reaktion: aA + bB <=> cC + dD

Jeder Begriff beschreibt die Konzentration von edukt oder Produkt in der Reaktion, bei der Chemikalien A und B kombinieren, um produzieren die Produkte C und D., Die Kleinbuchstaben geben die Anzahl der Mol jeder Chemikalie an. Die Klammern um einen Buchstaben,, geben die Konzentration jeder Chemikalie, und der Index bezeichnet, dass die Gleichgewichtskonstante durch die Konzentration jedes Moleküls im Gleichgewicht bestimmt wird.

J. Willard Gibbs, ein berühmter Wissenschaftler, der die in Reaktionen vorhandene Energie untersuchte, zeigte, dass die Gleichgewichtskonstante in direktem Zusammenhang mit der Menge an freier Energie steht Veränderung, die während einer Reaktion auftritt, bezeichnet ∆G., Gibbs zeigte, dass jede Reaktion eine Standard-Energiewende oder ∆G°hat. Während die gesamte freie Energieänderung jeder Reaktion auch durch die anfänglichen Konzentrationen von Chemikalien bestimmt wird, wird die freie Standardenergie mit der folgenden Gleichung unter Verwendung der Gleichgewichtskonstante der Gleichung berechnet.

∆G° = – RTln (Keq)

Diese Gleichung zeigt, dass die standardmäßige Änderung der freien Energie einfach eine andere Art ist, die treibenden Kräfte einer Reaktion zu beschreiben und wie sie vorgehen werden., Während die Gleichgewichtskonstante uns sagt, ob wir am Ende einer Reaktion mehr Reaktanten oder Produkte haben werden, deutet dies nicht darauf hin, wie schnell diese Reaktion stattfinden würde. Dies ist bekannt als die Ratenkonstante und wird mit einem Kleinbuchstaben k bezeichnet. Die Ratenkonstante ist mit einer Vielzahl anderer Gleichungen verbunden, die sich auf die Geschwindigkeit beziehen, mit der Reaktionen ablaufen. Die Gleichgewichtskonstante ist wichtig für eine Reihe von biologischen Reaktion, wie in den folgenden Beispielen zu sehen.

Beispiele für Gleichgewichtskonstante

Ionisation von Wasser

Wasser ist die Grundlage für alles Leben auf der Erde., Einer der Hauptgründe, warum Wasser ein so gutes Lösungsmittel ist, ist seine Fähigkeit, Wasserstoffbrücken sowohl mit sich selbst als auch mit Nichtwassermolekülen zu bilden. Diese Fähigkeit ermöglicht nicht nur das Auflösen und Diffundieren von gelösten Stoffen durch Wasser, sondern ermöglicht auch das Tragen eines elektrischen Stroms durch Wasser. Wenn Wasser, H2O, Wasserstoffbrücken bildet, wird der Wasserstoff vom Sauerstoff weggezogen und das Molekül zerlegt sich in ein Wasserstoffion (H+) und ein Hydroxidion (OH–).

Einzelne Wasserstoffprotonen existieren selten frei in Lösung und bilden sofort eine Bindung mit dem Wassermolekül, an das Wasserstoff gebunden war., Dies bildet ein Hydroniumion oder H3O+. Die Gleichgewichtskonstante für diese Reaktion ist daher die Konzentration von Wasserstoffionen und Hydroxidionen, geteilt durch die Konzentration normaler Wassermoleküle, wie unten gezeigt.

Die Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion kann durch die elektrische Leitfähigkeit von Wasser gemessen werden, die durch die Konzentration von (H3O+) bestimmt wird., Hydroniumionen passieren ein elektrisches Signal in Form der Übertragung von Elektronen, die durch empfindliche elektrische Geräte gemessen werden können. Somit wurde die Gleichgewichtskonstante von Wasser von empfindlichen elektrischen Geräten auf 1,8 x 10-16 gemessen, was bedeutet, dass das Wasser eine viel höhere Wahrscheinlichkeit hat, der Reaktant H2O zu sein, als das Hydroniumion zu werden. Der Prozess kann im Bild unten gesehen werden.,

Zellen, freie Energie und die Gleichgewichtskonstante

Obwohl die Gleichgewichtskonstante gemessen wird, wenn eine Reaktion im Gleichgewicht ist, bedeutet dies nicht, dass alle Reaktionen zum Gleichgewicht übergehen dürfen. In der Zelle werden viele Reaktionen ständig mit verschiedenen Chemikalien versorgt, was die Reaktionen der Zellen weit vom Gleichgewicht hält. Die Gleichgewichtskonstante beschreibt jedoch die Tendenz dieser Reaktanten, Produkte zu bilden., Einige Reaktionen sind exergonisch, was bedeutet, dass sie Energie freisetzen, wenn sie auftreten. Diese Reaktionen haben eine hohe Gleichgewichtskonstante und beschreiben ihre Tendenz, Produkte zu werden.

Man kann auch sagen, dass diese Reaktionen eine positive Veränderung der freien Energie haben, was bedeutet, dass sie Energie an Reaktionen um sie herum abgeben. Andere wichtige Reaktionen sind Endergonic, was bedeutet, dass sie Energie benötigen, um stattfinden zu können. Diese Reaktionen haben eine niedrige Gleichgewichtskonstante und beschreiben ihre Tendenz, als Reaktanten zu bleiben. Zellen koppeln diese Reaktionen, um die endergonischen Reaktionen stattfinden zu lassen., Dies kann in vielen typischen zellulären Reaktionen gesehen werden, die die hohe Gleichgewichtskonstante der ATP-Umwandlung in ADP verwenden, um endergonische Reaktionen wie die Bildung von Proteinen oder Fettsäuren anzutreiben.