평형 상수의 분광측정 결정

모든 화학 반응은 화학 적 평형에서 반응 농도에 대한 제품 농도의 비율을 반영하는 평형 상수 K와관련이 있습니다. 제네릭 반응A + b B C C + d D의 경우 평형 상수는

방정식의 오른쪽에 있는 농도가 평형에 어모인 경우. 이 방정식을 반응에 대한 평형 표현식으로 알려져 있다. 평형에 없는 화학 시스템에서는 반응제 및 제품의 농도가 평형 발현을 만족시킬 때까지 서로 다른 속도로 전방 및 역반응이 발생합니다.

화학적 평형의 시스템에 대한 K의 값을 측정하려면 반응제 및 제품의 농도를 직간접적으로 결정할 필요가 있다. K의 측정을 위한 분광측정 방법은 한 가지 착색 성분의 농도를 직접 측정하고 다른 성분의 간접 측정을 포함한다. 알려진 농도에서 착색 성분의 눈에 보이는 분광법은 이 성분에 대한 흡광도와 농도 사이의 관계를 드러낸다. 맥주의 법에 따르면,이 관계는 형태를 가지고

여기서 e는 L/molcm에서 성분의 어금니흡수, l은 cm의 샘플을 통해 빛의 경로 길이이며, c는 몰/L성분의 어모도이며, A는 흡수성이다.

유색 성분에 대한 맥주의 법칙 곡선은 흡수량측정(도 1)으로부터이 성분의 농도를 결정하기 위해 평형에서 반응 시스템에 적용될 수 있다. 나머지 반응제 및 제품의 농도는 유색종의 측정된 어모함에 기초하여 초기 농도를 조정하여 계산될 수 있다.

여기서 연구된 시스템은 철분(III) 양이온의 반응이며, 티오카네이트 애니메이션으로 철분(III) 티오오카네이트 복합체를 형성한다.

이 반응 시스템에 대한 평형 표현은

여기서 eq 하위 스크립트는 평형 농도를 나타냅니다. 철(III) 티오시야네이트 제품은 주황색이지만, 두 반응제모두 수성 용액에 무색입니다. 따라서 [Fe(SCN)²⁺]_eq는 흡수량 측정에서 직접 결정될 수 있다.

반응제의 평형 농도는 반응제의 초기 농도로부터 제품의 평형 농도를 빼서 계산할 수 있다. 초기-변경-평형(ICE) 표는 초기 및 평형 농도가 어떻게 관련되는지를보여줍니다(표 1).

반응제의 다른 초기 농도를 포함하는 이 실험의 반복된 예심은 K의 값이 농도와 무관하기 때문에 K의동일한 값을 산출해야 한다.

그림 1. 철 (III) 티오시야네이트에 대한 맥주의 법칙 곡선.

	Fe3+	SCN–	Fe(SCN)2+
최초의	【 Fe3+】 i	[SCN–] i	0
잔돈	–[Fe(SCN)2+]eq	–[Fe(SCN)2+]eq	+[Fe(SCN)2+]eq
평형	【 Fe3+】 i  – [Fe(SCN)2+]eq	[SCN–] i – [Fe(SCN)2+]eq	【Fe(SCN)2+】 eq

표 1. 초기 변경 평형 (ICE) 테이블은 초기 및 평형 농도가 어떻게 관련되어 있는지 보여줍니다.

표 4는 용액 1 – 5용 흡광도 및 농도 데이터를 나열합니다. Fe(SCN)^2+의 농도는 Fe^3+의 모든 것이 Fe(SCN)^2+로 변환된다는 가정 하에 Fe^3+의초기 농도로부터 결정되었다. SCN의 큰 초과^- 튜브 1 – 5에서 사용되었다이 가정이 사실 개최 되도록.

어금니 [Fe(SCN)²⁺] 및 흡광도는 도 2에플롯됩니다. 측정된 흡수는 맥주의 법칙에 잘 동의합니다.

표 5는 튜브 6 – 9에 대해 측정된 흡광도 및 계산된 K 값을 나열합니다. K값은 ICE 테이블 방법을 사용하여 결정하였다. 초기 반응성 농도는 Fe³⁺ 및 SCN의 알려진 어과어를 기반으로^하였다- 반응용액 및 반응의 총 부피(10mL). Fe(SCN)^2+의 평형 농도는 Fe(SCN)^2+의어금니 흡수성에 의해 측정된 흡광도를 나누어 결정하였다. 모든 제품은 Fe³⁺ 및^SCN의1:1 반응으로부터 형성되었기 때문에 Fe(SCN)^2+의 평형 농도는 반응의 농도 감소에 해당한다. 표 6은 시험관 6에 대한 프로세스를 나타낸다.

평형 상수는 평형 행의 농도로부터 계산됩니다. 시험관 6의 경우,

평균 K값은 11± 147로, K가 연구된 농도범위에 비해 대략 일정하다는 것을 알 수 있다.

그림 2. 흡수도 대 페(SCN)2+ 에 대한^농도의선 그래프.

관	【Fe(SCN)2+】 (몰/L)	흡 광도
1	1.00 x 10-5	0.10
2	2.00 x 10-5	0.20
3	3.00 x 10-5	0.25
4	4.00 x 10-5	0.32
5	5.00 x 10-5	0.42

표 4. 흡수도 대 Fe(SCN)²⁺농도 데이터.

관	흡 광도	K
6	0.120	136
7	0.268	161
8	0.461	142
9	0.695	150

표 5. 측정 된 흡광도 값과 티오카네이트와 철 (III)의 반응에 대한 K를 계산.

	【 Fe3+】 (몰/L)	[SCN–] (몰/L)	【Fe(SCN)2+】 (몰/L)
최초의	3.57 x 10-4	3.57 x 10-4	0
잔돈	–1.58 x 10-5	–1.58 x 10-5	+1.58 x 10-5
평형	3.41 x 10-4	3.41 x 10-4	1.58 x 10-5

표 6. 시험관 6에 사용되는 프로세스를 보여 주는 ICE 테이블입니다.

평형 상수는 반응이 시간이 지남에 따라 제품을 형성하기 위해 진행되는 정도에 대한 유용한 정보를 제공합니다. K의큰 값을 가진 반응은 1보다 훨씬 큰, 충분한 시간 주어진 거의 완전한 제품을 형성합니다(그림 3). K의 값을 1 미만인 반응은 상당한 수준으로 진행되지 않습니다. 평형 상수는 따라서 화학 반응의 타당성의 척도역할을 한다.

그림 3. 이 반응의 평형 상수는 1보다 큽습니다. 반응의 초기 농도가 다르더라도 각 경우에 유색 제품 형태의 상당한 양.

평형 상수는 또한 화학 반응 과정에서 자유 에너지, 엔탈피 및 엔트로피의 변화에 대한 유용한 열역학 정보를 제공합니다. 평형 상수는 반응의 자유로운 에너지 변화와 관련이 있습니다:

반응의 자유로운 에너지 변화는 반응의 엔탈피 및 엔트로피 변화와 차례로 관련됩니다:

K의 온도 의존성을 측정하면 엔탈피 변화 ΔH와 엔트로피 변화 ΔS의 반응을 나타낼 수 있다. 화학자에게 분자 거동패턴에 대한 통찰력을 제공하는 것 외에도 열역학 데이터 테이블을 사용하여 유리한 열역학 적 특성으로 반응을 식별할 수 있습니다. 예를 들어, 다량의 에너지(음수 ΔG 값과 연관된)를 방출하는 레독스 반응은 배터리에 매력적인 후보입니다.

산성 해리반응(Ka 값)에 대한 K값은 열역학적으로 제어되는 산염 염기 반응의 결과를 예측하는 데 유용합니다. 강한 산은 큰 K값과 작은 K값을가진 약한 산과_{연관된다.} pH 지표는 색산및 기초형태를 다른 약한 산이며,_pKa(Ka의 음의 베이스-10 logarithm)는 지표의 색 변화가 산 또는 염기로 발생하는 pH를 나타내는 지표의 용액에 첨가된다.

마찬가지로 _K값은 목표 pH 값을 달성하기 위해 버퍼 솔루션 준비에 사용됩니다. 약한 산의 pK는 산과 그 컨쥬게이트 염기가 동일한 농도의 용액에 존재하는 pH를 나타낸다. 동일한 양의 약한 산과 그 공조 염기가 용액에 용해되면 용액의 pH는 약한 산의 pK와 같습니다.