Jämviktskonstanten

Vid ett forskningsarbete undersöktes systemet kvävgas–vätgas–ammoniakgas i en behållare med volymen 1 dm3.  Vid ett tillfälle var temperaturen 400°C och vid jämvikt var deltrycken för N2 = 112 bar, H2 = 56 bar och NH3 = 56 bar. Beräkna så många olika jämviktskonstanter som möjligt med denna information.

Förslag till lösning

Med detta exempel vill jag visa hur viktigt det är att hålla reda på val av standardtillstånd samt hur reaktionen är skriven. Vi börjar med att skriva reaktionsformeln:

N2(g) + 3H2(g)  ⇄  2NH3(g)

När vi valt att skriva reaktionsformeln på detta sätt blir:

K =  [NH3]2/[N2] • [H2]3

Nu har vi minst två val av standardtillstånd. Vi börjar med att välja detta till 1 bar och 400°C. Vi skriver jämviktskonstanten Kp för att visa att det är deltrycken vi använder. Kom ihåg att deltrycket för gaser är jämförbart med koncentrationen.

Kp =  [56 bar]2/[112 bar] • [56 bar]3   = 1,6 • 10-4 bar-2 


Om vi istället valt standardtillstånd som 1 mol/dm3 av gasen vid 400°C, måste vi räkna ut gasernas koncentrationer. Vi gör detta med hjälp av Allmänna gaslagen:  pV = nRT

Här vet vi p (respektive gas deltryck), V (1 dm3), R (8,31 J/(mol • K)) och T (673 K). Sätter vi in dessa värden i formeln får vi att
[N2] = 2,0 mol/dm3, [H2] = 1,0 mol/dm3 och [NH3] = 1,0 mol/dm3. Observera att p skall vara i Pascal (1 bar = 105 Pa), att volymen
skall vara i m3 och att T skall vara i Kelvin.


Kp =  [1 M]2/[2 M] • [1 M]3   = 0,5 M-2


Möjligheterna är dock inte slut med detta. Vi kan skriva reaktionen för bildning av 1 mol NH3, och den kan skrivas som sönderfall av 2 eller 1 mol NH3.

Slutsats

Enheten för jämviktskonstanten talar om för dig hur formeln är skriven och valet av standardtillstånd.