Rozsah reakce - Extent of reaction

v fyzikální chemie, rozsah reakce je množství, které měří míru, v jaké reakce probíhá. Obvykle se označuje řeckým dopisem ξ. Rozsah reakce má jednotky množství (krtci ). Byl představen belgickým vědcem Théophile de Donder.

Definice

Zvažte reakci

A ⇌ B

Předpokládejme, že nekonečné množství dξ reaktantu A se změní na B. Změnu množství A lze vyjádřit rovnicí dn_A = - dξ a změna B je dn_B = dξ.^[1]

Rozsah reakce je pak definován jako^[2][3]

${displaystyle dxi = {frac {dn_ {i}} {u _ {i}}}}$

kde ${displaystyle n_ {i}}$ označuje množství i-tého reaktantu a ${displaystyle u _ {i}}$je stechiometrický koeficient (nebo stechiometrické číslo použitím Názvosloví IUPAC^[4]) i-tého reaktantu. Jinými slovy, je to množství látky, které se mění v rovnovážná reakce. Vezmeme-li v úvahu konečné změny místo nekonečně malých změn, lze rovnici pro rozsah reakce napsat jako

${displaystyle Delta xi = {frac {Delta n_ {i}} {u _ {i}}}}$

Rozsah reakce je definován jako nula na začátku reakce. Změna ξ je tedy rozsah sám o sobě.

${displaystyle xi = {frac {Delta n_ {i}} {u _ {i}}} = {frac {n_ {equilibrium} -n_ {initial}} {u _ {i}}}}$

Vztahy

Vztah mezi změnou Gibbsovy reakční energie a Gibbsova energie lze definovat jako sklon Gibbsova energie vyneseno proti rozsahu reakce při konstantě tlak a teplota.^[1]

${displaystyle Delta _ {r} G = vlevo ({frac {částečné G} {částečné xi}} vpravo) _ {p, T}}$

Analogicky vztah mezi změnou reakce entalpie a entalpie mohou být definovány.^[5]

${displaystyle Delta _ {r} H = vlevo ({frac {částečné H} {částečné xi}} vpravo) _ {p, T}}$

Příklad

Rozsah reakce je užitečné množství ve výpočtech s rovnovážnými reakcemi. Zvažte reakci

2 A ⇌ B + 3 C.

kde jsou počáteční částky ${displaystyle n_ {A} = 2 {ext {mol}}, n_ {B} = 1 {ext {mol}}, n_ {C} = 0 {ext {mol}}}$a rovnovážné množství A je 0,5 mol. Můžeme vypočítat rozsah reakce z její definice

${displaystyle xi = {frac {Delta n_ {A}} {u _ {A}}} = {frac {0,5 {ext {mol}} - 2 {ext {mol}}} {- 2}} = 0,75 {ext {mol}}}$

Nezapomeňte, že stechiometrický počet reaktantů je záporný. Nyní, když známe rozsah, můžeme uspořádat rovnici a vypočítat rovnovážná množství B a C.

${displaystyle n_ {equilibrium} = xi u _ {i} + n_ {initial}}$

${displaystyle n_ {B} = 0,75 {ext {mol}} obrázky 1 + 1 {ext {mol}} = 1,75 {ext {mol}}}$

${displaystyle n_ {C} = 0,75 {ext {mol}} obrázky 3 + 0 {ext {mol}} = 2,25 {ext {mol}}}$

Reference