Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z polityką plików cookies.
Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Prawo działania mas

Odwracalność oraz równowaga chemiczna reakcji są ze sobą związane. Okazuje się, że iloczyn stężeń molowych produktów reakcji, zmierzonych w stanie równowagi, podzielonych przez iloczyn stężeń molowych substratów, również określonych w stanie równowagi, przyjmuje dla danej  reakcji wartość stałą, zależną jedynie od temperatury, nie zależy zaś od początkowych stężeń reagentów. Zależność tę dwóch skandynawskich
naukowców Guldberg i Waage nazwali prawem działania mas. Symbolicznie można przedstawić to w sposób następujący:

\(A  +  B    ↔   C   +  D\)

\(\frac{[C]  \times \:  [D]}{[A] \times \: [B]}\)

[A], [B], [C], [D] – stężenia molowe poszczególnych reagentów zmierzone w stanie równowagi, przyjmuje wartość stałą charakterystyczną dla danej reakcji.

Zapisanie prawa działania mas dla prostej reakcji, której współczynniki stechiometryczne są równe jedności, polega na podstawieniu odpowiednich stężeń do wzoru, przy czym stężenia produktów znajdują się w liczniku ułamka, a stężenia substratów w mianowniku.

Dla reakcji odwracalnych prawo działania mas formułuje się następująco:

Stosunek iloczynu stężeń molowych produktów zmierzonych w stanie równowagi, podniesionych do potęg równych ich współczynnikom stechiometrycznym do iloczynu stężeń molowych substratów, podniesionych do potęg równych ich współczynnikom stechiometrycznym, ma wartość stałą, niezależną od stężenia tych reagentów  a zależną jedynie od temperatury i ciśnienia.

Symbolicznie zależność tę przedstawiamy:

\(aA + bB ↔ cC + dD\)

center;">\(\frac{[C]^c \times [D]^d}{[A]^a  \times  [B]^b}\)
Przykładem może być reakcja syntezy amoniaku:

\(3 H_2  +  N_2  ↔  2 NH_3\)

dla której prawo działania mas przyjmuje następującą postać:

\(\frac{[NH3]^2}{[H_2]^3  \times  [N_2]}=K\)

Jak łatwo zauważyć liczba moli danej substancji odpowiada jej wykładnikowi potęgi.

Podstawiając odpowiednie wartości otrzymujemy wynik, charakterystyczny dla danej reakcji przebiegającej w określonej temperaturze. Wynik ten oznacza się literą K i nazywa stałą równowagi reakcji.

Zapisując wyrażenie na stałą równowagi reakcji, należy zwracać uwagę, w jakim stanie skupienia występują poszczególne reagenty, ponieważ podstawiając do wzoru pomija się stężenia reagentów występujących w stałym stanie skupienia. Aby uniknąć wątpliwości stan skupienia określa się w równaniu reakcji odpowiednimi indeksami: (g) dla gazów, (c) dla cieczy i (s) dla ciał stałych.

Prawo działania mas podaje matematyczną zależność pomiędzy stężeniami substratów i produktów w stanie równowagi chemicznej, a tym samym określa wydajność reakcji. Jeżeli K = l, znaczy to, że w stanie równowagi układ zawiera 50% produktów i 50% substratów. Wartość stałej równowagi rzędu 105 oznacza, że substratów jest tak mało, iż reakcję można uważać za praktycznie nieodwracalną.