jämviktskonstant

jämviktskonstant Definition

en jämviktskonstant, Keq, är en variabel som beskriver en kemisk reaktions tendens att gå vidare till färdigställande, vilket innebär att alla reaktanter omvandlas till produkter. Jämvikten hos en reaktion är den punkt där omvandlingen av reaktanter till produkter motsvarar omvandlingen av produkter tillbaka till reaktanter.,

jämviktskonstant översikt

en stor jämviktskonstant innebär att reaktionen fortskrider i framåtriktningen, från reaktanter till produkter, tills nästan alla reaktanter har omvandlats till produkter. En liten jämviktskonstant, eller när Keq är mindre än en, innebär att den kemiska reaktionen kommer att gynna reaktanterna och reaktionen kommer att fortsätta i motsatt riktning. En jämviktskonstant på 1 indikerar att reaktanterna och produkterna kommer att vara lika när reaktionen når jämvikt.,

forskare använder jämviktskonstanten för en ekvation för att bättre förstå hur snabbt jämvikten kommer att uppnås och om jämvikten kommer att gynna reaktanter eller produkter. Konstanten kan beräknas med hjälp av förhållandet mellan produkter och reaktanter när ekvationen har nått jämvikt. Jämviktskonstanten representeras ofta av variabeln Keq, som definieras av jämviktskonstantens uttryck som ses nedan.,

jämvikts konstant uttryck för en reaktion

jämvikts konstant uttryck beskriver koncentrationen av produkter dividerat med koncentrationen av reaktanter när reaktionen når jämvikt. Detta uttryck kan ses nedan.

i reaktionen: aA + bB <=> cC + dd

varje term beskriver koncentrationen av en reaktant eller produkt i reaktionen där kemikalier A och B kombineras för att producera produkter C och D., De små bokstäverna anger antalet mol av varje kemikalie. Fästena runt ett brev,, indikerar koncentrationen av varje kemikalie, och subscript betecknar att jämvikts konstant bestäms av koncentrationen av varje molekyl vid jämvikt.

J. Willard Gibbs, en berömd forskare som studerade den energi som finns i reaktioner, visade att jämviktskonstanten var direkt relaterad till den mängd fri energiförändring som uppstår under en reaktion, betecknad med G. G., Gibbs visade att varje reaktion har en standard fri energiförändring,eller g°. Medan den totala fria energiförändringen för varje reaktion också styrs av de ursprungliga koncentrationerna av kemikalier, beräknas standardfri energi med ekvationen nedan, med hjälp av jämviktskonstanten i ekvationen.

g° = -RTln(Keq)

denna ekvation visar att standard fri energiförändring är helt enkelt ett annat sätt att beskriva drivkrafterna i en reaktion, och vilken väg de kommer att fortsätta., Medan jämviktskonstanten berättar om vi kommer att ha mer reaktant eller produkter i slutet av en reaktion, antyder det inte hur snabbt denna reaktion skulle äga rum. Detta är känt som hastighetskonstanten och betecknas med en gemener k. hastighetskonstanten är relaterad till en mängd andra ekvationer relaterade till den hastighet vid vilken reaktioner inträffar. Jämviktskonstanten är viktig för ett antal biologiska reaktioner, vilket framgår av exemplen nedan.

exempel på jämviktskonstant

jonisering av vatten

vatten är grunden för allt liv på jorden., En av de främsta anledningarna till att vatten är ett sådant bra lösningsmedel är dess förmåga att bilda vätebindningar med både sig själv och icke-vattenmolekyler. Denna förmåga tillåter inte bara vatten att lösa upp och diffusa lösningar, men tillåter också vatten att bära en elektrisk ström. När vatten, H2o, bildar vätebindningar, dras vätet bort från syret och molekylen tar avstånd till en vätejon (H+) och en hydroxidjon (OH–).

individuella väte protoner existerar sällan fritt i lösning, och bildar omedelbart en bindning med vattenmolekyl som det var väte bunden till., Detta bildar en hydroniumjon eller H3O+. Jämviktskonstanten för denna reaktion är därför koncentrationen av vätejoner och hydroxidjoner, dividerat med koncentrationen av normala vattenmolekyler, som ses nedan.

jämviktskonstanten för denna reaktion kan mätas genom den elektriska ledningsförmågan hos vatten, som bestäms av koncentrationen av (H3O+)., Hydroniumjoner passerar en elektrisk signal i form av överföring av elektroner, som kan mätas med känslig elektrisk utrustning. Således har jämviktskonstanten av vatten uppmätts av känslig elektrisk utrustning för att vara 1.8 x 10-16, vilket innebär att vattnet har en mycket högre sannolikhet att vara reaktanten H2O, i motsats till att bli hydroniumjon. Processen kan ses i bilden nedan.,

celler, fri energi och jämviktskonstanten

även om jämviktskonstanten mäts när en reaktion är i jämvikt betyder det inte att alla reaktioner tillåts gå vidare till jämvikt. I cellen återupptas många reaktioner ständigt med olika kemikalier, vilket håller cellernas reaktioner långt ifrån jämvikt. Jämviktskonstanten beskriver emellertid tendensen hos dessa reaktanter att bilda produkter., Vissa reaktioner är exergoniska, vilket innebär att de släpper ut energi när de händer. Dessa reaktioner har en hög jämviktskonstant som beskriver deras tendens att bli produkter.

dessa reaktioner kan också sägas ha en positiv förändring av fri energi, vilket innebär att de avger energi till reaktioner runt dem. Andra viktiga reaktioner är endergoniska, vilket innebär att de kräver energi att äga rum. Dessa reaktioner har en låg jämviktskonstant som beskriver deras tendens att förbli som reaktanter. Celler parar dessa reaktioner för att tillåta att endergoniska reaktioner äger rum., Detta kan ses i många typiska cellulära reaktioner som använder den höga jämviktskonstanten för ATP-omvandling till ADP för att driva endergoniska reaktioner, såsom bildandet av proteiner eller fettsyror.