UNDANG-UNDANG TINDAKAN MASSA: APLIKASI, CONTOH - KIMIA - 2026

The undang-undang tindakan massa menetapkan hubungan antara rakyat jelata aktif bahan tindak balas dan produk, di bawah keadaan keseimbangan dan dalam sistem homogen (penyelesaian atau fasa gas). Ini dirumuskan oleh saintis Norway CM Guldberg dan P. Waage, yang menyedari bahawa keseimbangan adalah dinamik dan tidak statik.

Mengapa dinamik? Kerana kadar tindak balas maju dan mundur adalah sama. Jisim aktif biasanya dinyatakan mol / L (molariti). Tindak balas seperti itu boleh ditulis seperti ini: aA + bB <=> cC + dD. Untuk keseimbangan yang disebut dalam contoh ini, hubungan antara reaktan dan produk digambarkan dalam persamaan pada gambar di bawah.

K sentiasa tetap, tidak kira kepekatan awal bahan, selagi suhunya tidak berubah. Di sini A, B, C dan D adalah reaktan dan produk; manakala a, b, c dan d adalah pekali stoikiometrik mereka.

Nilai berangka K adalah pemalar ciri untuk setiap tindak balas pada suhu tertentu. Jadi, K adalah apa yang dipanggil pemalar keseimbangan.

Notasi bermaksud bahawa dalam ekspresi matematik kepekatan muncul dalam unit mol / L, dinaikkan menjadi daya yang sama dengan pekali tindak balas.

Apakah hukum tindakan massa?

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, hukum tindakan massa menyatakan bahawa kecepatan reaksi yang diberikan berkadar langsung dengan produk kepekatan spesies reaktan, di mana kepekatan setiap spesies dinaikkan ke daya yang sama dengan koefisiennya stoikiometrik dalam persamaan kimia.

Dalam pengertian ini, dapat dijelaskan dengan lebih baik dengan mempunyai reaksi yang dapat dipulihkan, persamaan umumnya digambarkan di bawah:

aA + bB ↔ cC + dD

Di mana A dan B mewakili reaktan dan zat bernama C dan D mewakili produk tindak balas. Demikian juga nilai a, b, c dan d masing-masing mewakili pekali stoikiometrik A, B, C dan D.

Bermula dari persamaan sebelumnya, pemalar keseimbangan yang disebutkan sebelumnya diperoleh, yang digambarkan sebagai:

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

Di mana pemalar keseimbangan K sama dengan hasil bagi, di mana pengangka terdiri daripada pendaraban kepekatan produk (dalam keadaan keseimbangan) dinaikkan ke pekali mereka dalam persamaan seimbang dan penyebutnya terdiri daripada pendaraban yang serupa tetapi di antara reaktan dinaikkan menjadi pekali yang menyertainya.

Makna pemalar keseimbangan

Perlu diperhatikan bahawa kepekatan keseimbangan spesies mesti digunakan dalam persamaan untuk mengira pemalar keseimbangan, selagi tidak ada pengubahsuaian terhadap ini atau pada suhu sistem.

Dengan cara yang sama, nilai pemalar keseimbangan memberikan maklumat mengenai arah yang disukai dalam tindak balas pada keseimbangan, iaitu, ia menunjukkan sama ada reaksi itu menguntungkan terhadap reaktan atau produk.

Sekiranya magnitud pemalar ini jauh lebih besar daripada kesatuan (K »1), keseimbangan akan beralih ke kanan dan menggemari produk; Manakala jika besar pemalar ini jauh lebih kecil daripada kesatuan (K «1), keseimbangan akan beralih ke kiri dan memihak kepada reaktan.

Juga, walaupun secara konvensional ditunjukkan bahawa zat-zat di sebelah kiri anak panah adalah reaktan dan bahan-bahan di sebelah kanan adalah produk, ia boleh menjadi sedikit membingungkan fakta bahawa reaktan yang berasal dari reaksi di pengertian langsung menjadi produk dalam tindak balas secara terbalik dan sebaliknya.

Imbangan kimia

Reaksi sering mencapai keseimbangan antara jumlah bahan awal dan jumlah produk yang terbentuk. Keseimbangan ini juga boleh berubah mendorong peningkatan atau penurunan salah satu bahan yang mengambil bahagian dalam tindak balas.

Fakta yang serupa berlaku dalam pemisahan bahan terlarut: semasa reaksi hilangnya bahan awal dan pembentukan produk dapat diperhatikan secara eksperimen dengan kelajuan berubah.

Kadar tindak balas sangat bergantung pada suhu dan tahap yang berbeza-beza pada kepekatan reaktan. Sebenarnya, faktor-faktor ini dikaji terutamanya oleh kinetik kimia.

Walau bagaimanapun, keseimbangan ini tidak statik, tetapi berasal dari wujud bersama reaksi langsung dan songsang.

Dalam tindak balas langsung (->) produk terbentuk, sementara dalam reaksi terbalik (<-) mereka menghasilkan semula bahan awal.

Ini merupakan apa yang dikenali sebagai keseimbangan dinamik, yang disebutkan di atas.

Keseimbangan dalam sistem heterogen

Dalam sistem heterogen -ituitu, dalam sistem yang dibentuk oleh beberapa fasa- kepekatan pepejal dapat dianggap tetap, menghilangkan dari ungkapan matematik untuk K.

CaCO ₃ (0) CaO (s) + CO ₂ (g)

Oleh itu, dalam keseimbangan penguraian kalsium karbonat, kepekatannya dan oksida yang dihasilkan dapat dianggap tetap tanpa mengira jisimnya.

Peralihan keseimbangan

Nilai berangka pemalar keseimbangan menentukan sama ada tindak balas menyokong pembentukan produk atau tidak. Apabila K lebih besar daripada 1, sistem keseimbangan akan mempunyai kepekatan produk yang lebih tinggi daripada reaktan, dan jika K kurang dari 1, sebaliknya berlaku: dalam keseimbangan akan terdapat kepekatan reaktan yang lebih besar daripada produk.

Prinsip Le Chatelier

Pengaruh variasi dalam kepekatan, suhu dan tekanan dapat mengubah laju tindak balas.

Sebagai contoh, jika produk gas terbentuk dalam tindak balas, peningkatan tekanan ke atas sistem menyebabkan tindak balas berjalan ke arah yang berlawanan (ke arah reaktan).

Secara amnya, tindak balas anorganik yang berlaku di antara ion sangat cepat, sementara reaksi organik mempunyai kelajuan yang jauh lebih rendah.

Sekiranya haba dihasilkan dalam tindak balas, peningkatan suhu luar cenderung mengarahkannya ke arah yang berlawanan, kerana tindak balas terbalik adalah endotermik (menyerap haba).

Begitu juga, jika berlaku lebihan pada salah satu reaktan dalam sistem keseimbangan, bahan lain akan membentuk produk untuk meneutralkan pengubahsuaian tersebut secara maksimum.

Akibatnya, keseimbangan beralih memilih satu atau lain cara dengan meningkatkan kadar tindak balas, sedemikian rupa sehingga nilai K tetap tetap.

Semua pengaruh luaran ini dan tindak balas keseimbangan untuk menangkalnya adalah apa yang dikenali sebagai prinsip Le Chatelier.

Permohonan

Walaupun kegunaannya sangat besar, ketika undang-undang ini diusulkan, undang-undang ini tidak memberikan kesan atau relevan yang diinginkan dalam masyarakat ilmiah.

Namun, dari abad ke-20, ia terkenal kerana kenyataan bahawa saintis Inggeris William Esson dan Vernon Harcourt menggunakannya lagi beberapa dekad setelah diundangkan.

Undang-undang tindakan massa mempunyai banyak aplikasi dari masa ke masa, beberapa di antaranya disenaraikan di bawah:

• Oleh kerana ia dirumuskan dari segi aktiviti dan bukannya konsentrasi, berguna untuk menentukan penyimpangan dari tingkah laku reaktan yang ideal dalam larutan, asalkan sesuai dengan termodinamika.
• Ketika reaksi menghampiri keseimbangan, hubungan antara kadar tindak balas bersih dan tenaga bebas Gibbs sesaat tindak balas dapat diramalkan.
• Apabila digabungkan dengan prinsip keseimbangan terperinci, secara umum undang-undang ini memperuntukkan nilai yang dihasilkan, menurut termodinamik, aktiviti dan pemalar dalam keadaan keseimbangan, serta hubungan antara ini dan pemalar halaju yang dihasilkan reaksi dalam arah ke hadapan dan ke belakang.
• Apabila tindak balas adalah asas, menerapkan undang-undang ini persamaan keseimbangan yang tepat untuk tindak balas kimia tertentu dan ekspresi kadarnya diperoleh.

Contoh undang-undang tindakan massa

-Ketika mempelajari reaksi tidak dapat dipulihkan antara ion yang terdapat dalam larutan, ungkapan umum undang-undang ini membawa kepada perumusan Brönsted-Bjerrum, yang mewujudkan hubungan antara kekuatan ion spesies dan pemalar laju .

-Ketika menganalisis tindak balas yang dilakukan dalam larutan ideal cair atau dalam keadaan agregat gas, ungkapan umum undang-undang asal (dekad 80-an) diperoleh.

-Sebab ia mempunyai ciri universal, ungkapan umum undang-undang ini dapat digunakan sebagai bagian dari kinetik dan bukannya melihatnya sebagai bagian dari termodinamik.

-Jika digunakan dalam elektronik, undang-undang ini digunakan untuk menentukan bahawa pendaraban antara ketumpatan lubang dan elektron permukaan tertentu mempunyai magnitud yang tetap dalam keadaan keseimbangan, bahkan secara bebas dari doping yang dibekalkan ke bahan .

-Penggunaan undang-undang ini untuk menggambarkan dinamika antara pemangsa dan mangsa diketahui secara luas, dengan anggapan bahawa hubungan pemangsa pada mangsa memaparkan perkadaran tertentu dengan hubungan antara pemangsa dan mangsa.

-Dalam bidang kajian kesihatan, undang-undang ini bahkan dapat diterapkan untuk menjelaskan faktor-faktor tertentu dari tingkah laku manusia, dari sudut politik dan sosial.

Hukum Tindakan Massa dalam Farmakologi

Dengan mengandaikan bahawa D adalah ubat dan R adalah reseptor di mana ia bertindak, kedua-duanya bertindak balas untuk menghasilkan kompleks DR, yang bertanggungjawab untuk kesan farmakologi:

K = /

K adalah pemalar pemisahan. Terdapat tindak balas langsung di mana ubat bertindak pada reseptor, dan lain di mana kompleks DR berpisah ke sebatian asal. Setiap reaksi mempunyai kelajuannya sendiri, menyamai dirinya hanya pada keseimbangan, dengan K. berpuas hati.

Mentafsirkan undang-undang jisim kepada huruf, semakin tinggi kepekatan D, semakin tinggi kepekatan kompleks DR yang terbentuk.

Walau bagaimanapun, jumlah penerima Rt mempunyai had fizikal, jadi tidak ada jumlah R yang tidak terhad untuk semua D. yang ada. Begitu juga, kajian eksperimen dalam bidang farmakologi telah menemui batasan undang-undang massa berikut dalam bidang ini:

- Ini mengandaikan bahawa pautan RD boleh diterbalikkan, sedangkan dalam kebanyakan kes sebenarnya tidak.

- Ikatan RD dapat secara struktural mengubah salah satu dari dua komponen (ubat atau reseptor), keadaan yang tidak dipertimbangkan oleh undang-undang massa.

- Selanjutnya, undang-undang massa menjadi pucat dalam menghadapi reaksi di mana banyak perantara campur tangan dalam pembentukan RD.

Batasan

Hukum tindakan massa menganggap bahawa setiap tindak balas kimia adalah unsur; dengan kata lain, bahawa molekul adalah sama dengan susunan tindak balas masing-masing untuk setiap spesies yang terlibat.

Di sini pekali stoikiometrik a, b, c, dan d dianggap sebagai bilangan molekul yang terlibat dalam mekanisme tindak balas. Walau bagaimanapun, dalam reaksi global ini tidak semestinya sesuai dengan pesanan anda.

Contohnya, untuk tindak balas aA + bB <=> cC + dD:

Ungkapan halaju untuk tindak balas langsung dan songsang adalah:

Ini hanya berlaku untuk tindak balas asas, kerana untuk reaksi global, walaupun pekali stoikiometrik betul, mereka tidak selalu mengikut urutan reaksi. Sekiranya berlaku reaksi langsung, yang terakhir adalah:

Dalam ungkapan ini w dan z akan menjadi pesanan tindak balas sebenar untuk spesies A dan B.

Rujukan

1. Jeffrey Aronson. (2015, 19 November). Hukum Kehidupan: Guldberg dan Waage's Law of Mass Action. Diakses pada 10 Mei 2018, dari: cebm.net
2. SainsHQ. (2018). Undang-undang tindakan massa. Diakses pada 10 Mei 2018, dari: sciencehq.com
3. askiitans. (2018). Undang-undang Tindakan Massa dan Pemalar Keseimbangan. Diakses pada 10 Mei 2018, dari: askiitians.com
4. Salvat Ensiklopedia Sains. (1968). Kimia. Jilid 9, Salvat SA ediciones Pamplona, ​​Sepanyol. Hlm 13-16.
5. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fizikal. Dalam keseimbangan termodinamik dan kimia. (Edisi Keempat.) Longman. Hlm 169.
6. Alex Yartsev. (2018). Hukum Tindakan Massa dalam Farmakodinamik. Diakses pada 10 Mei 2018, dari: derangedphysiology.com