Derivation and Expression of Equilibrium Constants साम्य स्थिरांक की व्युत्पत्ति और व्यंजक
- The law of mass action was formulated by C.M. Guldberg and P. Waage in 1864.
- Active mass is expressed as molar concentration in mol L-1 or partial pressure for gases.
- For a general reversible reaction aA + bB → cC + dD, the equilibrium constant Kc is the ratio of product concentrations to reactant concentrations raised to their stoichiometric coefficients.
- Pure solids and pure liquids are assigned an activity of unity (1) and are omitted from the equilibrium constant expression.
- द्रव्यनुपाती क्रिया का नियम 1864 में सी.एम. गुल्डबर्ग (C.M. Guldberg) और पी. वागे (P. Waage) द्वारा प्रतिपादित किया गया था।
- सक्रिय द्रव्यमान को मोलर सांद्रता (mol L-1 में) या गैसों के लिए आंशिक दाब (partial pressure) के रूप में व्यक्त किया जाता है।
- एक सामान्य उत्क्रमणीय अभिक्रिया aA + bB → cC + dD के लिए, साम्य स्थिरांक Kc उत्पादों की सांद्रता और अभिकारकों की सांद्रता के अनुपात के बराबर होता है, जिसमें उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक (stoichiometric coefficients) घात के रूप में होते हैं।
- शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों की सक्रियता (activity) इकाई (1) मानी जाती है और उन्हें साम्य स्थिरांक व्यंजक में शामिल नहीं किया जाता है।
Heterogeneous Equilibria and Phase Rules विषमांगी साम्य और प्रावस्था नियम
- Heterogeneous equilibria involve reactants and products in more than one phase, such as solids and gases.
- In the thermal decomposition of calcium carbonate, CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(s), Kp = PCO2.
- The concentration or pressure of pure solid phases remains constant at a given temperature, hence excluded from Kc and Kp.
- The addition of more solid reactant or product does not alter the position of equilibrium.
- विषमांगी साम्य (Heterogeneous equilibria) में अभिकारक और उत्पाद एक से अधिक प्रावस्थाओं (phases) में होते हैं, जैसे ठोस और गैस।
- कैल्शियम कार्बोनेट के तापीय अपघटन में, CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(s), Kp = PCO2 होता है।
- किसी दिए गए तापमान पर शुद्ध ठोस प्रावस्थाओं की सांद्रता या दाब स्थिर रहता है, इसलिए उन्हें Kc और Kp से बाहर रखा जाता है।
- अधिक ठोस अभिकारक या उत्पाद मिलाने से साम्य की स्थिति में कोई परिवर्तन नहीं होता है।
Reaction Quotient and Equilibrium Prediction अभिक्रिया भागफल और साम्य का पूर्वानुमान
- The reaction quotient (Qc) uses non-equilibrium concentrations to determine the net direction of a reversible reaction.
- When Qc c, the reaction proceeds in the forward direction to form more products.
- When Qc > Kc, the reaction proceeds in the backward direction to regenerate reactants.
- When Qc = Kc, the system is at chemical equilibrium with zero net change.
- अभिक्रिया भागफल (Reaction Quotient - Qc) का उपयोग उत्क्रमणीय अभिक्रिया की दिशा निर्धारित करने के लिए गैर-साम्य सांद्रताओं का उपयोग करके किया जाता है।
- जब Qc < Kc होता है, तो अभिक्रिया अग्र दिशा में आगे बढ़ती है ताकि अधिक उत्पाद बन सकें।
- जब Qc > Kc होता है, तो अभिक्रिया पश्च दिशा में आगे बढ़ती है ताकि अभिकारक पुनः उत्पन्न हो सकें।
- जब Qc = Kc होता है, तो प्रणाली रासायनिक साम्य में होती है और कोई शुद्ध परिवर्तन नहीं होता है।
Observation: Catalysts alter reaction rates but do not change Kc or Kp. — A catalyst lowers the activation energy equally for both forward and reverse reactions, leaving the equilibrium position unchanged. प्रेक्षण: उत्प्रेरक (catalysts) अभिक्रिया की दर को बदलते हैं लेकिन Kc या Kp को नहीं बदलते। उत्प्रेरक अग्र और पश्च दोनों अभिक्रियाओं के लिए सक्रियण ऊर्जा (activation energy) को समान रूप से कम करते हैं, जिससे साम्य स्थिति अपरिवर्तित रहती है।
Observation: In concentrated or non-ideal solutions, activity coefficients (γ) must be applied instead of concentrations. — Interionic and intermolecular forces cause deviations from ideal solution behavior at high concentrations. प्रेक्षण: सांद्र या अनादर्श विलयनों में, सांद्रता के स्थान पर सक्रियता गुणांक (γ) का उपयोग किया जाना चाहिए। उच्च सांद्रता पर अंतर-आयनिक और अंतर-आणविक बल आदर्श व्यवहार से विचलन का कारण बनते हैं।
Observation: At very high pressures, gases deviate from ideal behavior and fugacity (f) must be used instead of pressure. — Real gases experience significant intermolecular attractions and repulsions at high pressures. प्रेक्षण: बहुत उच्च दाब पर, गैसें आदर्श व्यवहार से विचलित हो जाती हैं और दाब के स्थान पर फ्युगैसिटी (fugacity - f) का उपयोग किया जाना चाहिए। वास्तविक गैसें उच्च दाब पर महत्वपूर्ण अंतर-आणविक आकर्षण और प्रतिकर्षण का अनुभव करती हैं।
Application: Use directly in Kp = Kc(RT)Δng without writing full derivations. अनुप्रयोग: पूर्ण व्युत्पत्ति लिखे बिना सीधे Kp = Kc(RT)Δng में उपयोग करें।
Application: If a chemical equation is reversed, take the reciprocal of the original equilibrium constant. अनुप्रयोग: यदि रासायनिक समीकरण को उल्टा किया जाता है, तो मूल साम्य स्थिरांक का व्युत्क्रम (reciprocal) लें।
Application: If the entire reaction equation is multiplied by a factor n, raise the original equilibrium constant to the power n. अनुप्रयोग: यदि पूरे अभिक्रिया समीकरण को n से गुणा किया जाता है, तो मूल साम्य स्थिरांक को n की घात तक बढ़ा दें।
| Parameterपैरामीटर | Equilibrium Constant (K)साम्य स्थिरांक (K) | Reaction Quotient (Q)अभिक्रिया भागफल (Q) |
|---|---|---|
| Conditionस्थिति | At dynamic equilibriumगतिक साम्य पर | At any arbitrary time tकिसी भी मनमाने समय t पर |
| Mathematical Expressionगणितीय व्यंजक | K = [Products]eq / [Reactants]eqK = [उत्पाद]eq / [अभिकारक]eq | Q = [Products]t / [Reactants]tQ = [उत्पाद]t / [अभिकारक]t |
| Variationपरिवर्तन | Constant at a fixed temperatureनिश्चित तापमान पर स्थिर | Changes continuously until equilibrium is reachedसाम्य तक पहुँचने तक लगातार बदलता है |
| Direction Predictorदिशा सूचक | Indicates the extent of reactionअभिक्रिया की सीमा दर्शाता है | Compared with K to predict reaction direction (Q K)अभिक्रिया की दिशा बताने के लिए K से तुलना की जाती है |
- The units of Kc depend strictly on the change in stoichiometric moles (Δn).
- For reactions where Δn = 0, both Kp and Kc are completely dimensionless.
- The equilibrium constant for the dissociation of weak acids is known as the acid dissociation constant (Ka).
- Adding an inert gas at constant volume has no effect on the equilibrium position.
- Adding an inert gas at constant pressure shifts equilibrium toward the side with more moles of gas.
- The value of the equilibrium constant changes with temperature according to the van't Hoff equation.
- Kc की इकाइयाँ पूरी तरह से स्टोइकोमेट्रिक मोल परिवर्तन (Δn) पर निर्भर करती हैं।
- उन अभिक्रियाओं के लिए जहाँ Δn = 0 है, Kp और Kc दोनों पूरी तरह से इकाई रहित (dimensionless) होते हैं।
- दुर्बल अम्लों के वियोजन के लिए साम्य स्थिरांक को अम्ल वियोजन स्थिरांक (Ka) कहा जाता है।
- स्थिर आयतन पर अक्रिय गैस मिलाने का साम्य स्थिति पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।
- स्थिर दाब पर अक्रिय गैस मिलाने से साम्य उस दिशा में स्थानांतरित हो जाता है जहाँ गैस के मोल अधिक होते हैं।
- साम्य स्थिरांक का मान वैन हॉफ (van't Hoff) समीकरण के अनुसार तापमान के साथ बदलता है।
- Including pure solids and pure liquids in the equilibrium constant expression.
- Confusing the reaction quotient Q with the equilibrium constant K when calculating shifts.
- Failing to convert grams or volumes into proper molar concentrations before applying Kc.
- Neglecting temperature units (must always use Kelvin scale in RT terms).
- साम्य स्थिरांक व्यंजक में शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों को शामिल करना।
- स्थानांतरण की गणना करते समय अभिक्रिया भागफल Q को साम्य स्थिरांक K के साथ भ्रमित करना।
- Kc लागू करने से पहले ग्राम या आयतन को उचित मोलर सांद्रता में बदलने में विफल रहना।
- तापमान इकाइयों की उपेक्षा करना (RT पदों में हमेशा केल्विन पैमाने का उपयोग करना चाहिए)।