Pytanie:
Skąd substancja chemiczna „wie”, jakie inne gatunki są obecne i gdzie jest równowaga?
Arcadium
2017-05-09 01:15:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Proszę wybaczyć, jeśli jest to niejasne pytanie. Zawsze zastanawiałem się, skąd reakcja chemiczna „wie”, gdzie powinna być równowaga. Na przykład, używając podstawowego przykładu zasady Le Chateliera, dla jakiejś teoretycznej reakcji $$ \ ce {A + B <-> C + D} $$ Gdybym dodał dodatkowe A i B do rury, reakcja przebiegałaby w prawo, aż do ustalenia nowej równowagi. Skąd chemikalia „wiedzą”, że dodałem dodatkowe A i B?

Czy myślę o tym nieprawidłowo? Czy w rzeczywistości nie jest to kwestia „wyczuwania / wiedzy” chemikaliów, które inne gatunki są obecne, ale raczej ich własnych indywidualnych właściwości i prawdopodobieństwa ich istnienia w takiej czy innej formie?

W związku z tym dylematem , Dowiedziałem się na moim kursie metabolizmu, że NADH i NADPH są używane do regulowania różnych reakcji, ponieważ stosunki NAD + / NADH i NADP + / NADPH muszą być różne, a samo dodanie fosforanu pozwala tym oddzielnym gatunkom na uzyskanie różnych równowagi. Czy NAD + naprawdę odróżnia NADH od NADPH?

Nie ma tu żadnego wyczuwania ani rozróżniania, to tylko kwestia statystyki i prawdopodobieństwa. Jeśli twoja równowaga to $ \ ce {A + B <=> C + D} $, równowaga oznacza, że ​​zarówno reakcja do przodu, jak i do tyłu mają takie samo prawdopodobieństwo wystąpienia w danym czasie. Teraz, jeśli wrzucisz więcej A i B, to po prostu zwiększa prawdopodobieństwo, że A i B zderzają się, tworząc C i D, niż gdy C i D zderzają się, tworząc A i B. Ergo, w końcu produkujesz więcej C i D .
To jest dobre pytanie. Spędzamy dużo czasu ucząc chemii równowagi, w której zakładamy, że równowaga została osiągnięta, zanim przejdziemy do następnego kroku. Ma to sens, ponieważ nauczanie jest o wiele łatwiejsze, ale prowadzi to do dziwnych założeń dotyczących tego, jak musimy osiągnąć równowagę.
Tak nie jest. Pomyśl o tym, jak reakcja chemiczna faktycznie zachodzi w głębi - jedna cząsteczka uderza w inną cząsteczkę i może się przyczepić (A + B -> C). Jednocześnie przypadkowe zderzenia i wibracje mogą rozbić jedną cząsteczkę na dwie cząsteczki (C -> A + B). Im więcej masz A i B, tym większe jest prawdopodobieństwo, że zderzają się w sposób, który tworzy C (po prostu dlatego, że korzystne kolizje są częstsze) i odwrotnie. Gdy szybkość obu reakcji jest taka sama, uzyskuje się równowagę - reakcje nadal przebiegają, ale jednakowo w obu kierunkach.
Jeden odpowiedź:
DSVA
2017-05-09 01:45:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mamy tu do czynienia z równowagą dynamiczną, a nie statyczną. W przypadku statycznej cząsteczki musiałyby wiedzieć, kiedy przestać reagować, a kiedy reagować w określony sposób, w równowadze dynamicznej, której nie musisz wiedzieć.

Oto wyjaśnienie tego, co się dzieje w ELI5:

Załóżmy, że masz ogród z drzewem jabłoni i setkami jabłek na ziemi. Nie chcesz ich tam, więc rzucasz je sąsiadowi. jest starym człowiekiem i też ich nie chce, więc je odrzuca. Jesteś znacznie szybszy od niego, a wokół ciebie są setki jabłek, więc nie musisz się nawet ruszać, aby je rzucić i możesz je rzucać bardzo szybko. Z drugiej strony ma tylko kilka jabłek leżących wokół i musi się przesunąć dość daleko, więc odrzuca je znacznie wolniej. Ale co się dzieje po pewnym czasie?

Cóż, nadejdzie moment, w którym po stronie starego mężczyzny będzie więcej jabłek niż po twojej, więc musisz dużo biegać, aby dostać się do tych jabłek, podczas gdy starzec będzie musiał przejść tylko kilka kroków dotrzeć do nowego jabłka. W końcu wyrówna się i obaj będziecie rzucać jabłkami w tym samym tempie. To jest równowaga dynamiczna. Ponieważ po stronie starego mężczyzny jest więcej jabłek, może rzucić je z powrotem tak szybko, jak tylko możesz, nawet jeśli jesteś szybszy.

Teraz wyjaśnienie chemiczne:

Szybkość reakcji zależy od stężenia. Wysokie stężenie oznacza szybką reakcję, niskie stężenie oznacza wolną reakcję. Na początku masz tylko materiał wyjściowy, szybko zareaguje na produkt. Produkt zareaguje z powrotem, ale jego stężenie jest wyjątkowo niskie, więc działa wolno. Ale po pewnym czasie dojdziesz do punktu, w którym stężenie materiału wyjściowego jest tak niskie, że reakcja jest tak wolna, że ​​odpowiada szybkości reakcji zwrotnej, która przyspieszyła, ponieważ otrzymywano coraz więcej produktu. W tym czasie równe ilości zareagują w obu kierunkach, co sprawi, że reakcja będzie nieruchoma.

Na przykład: Jeśli otrzymaliśmy reakcję $ \ ce {A + B \ rightleftharpoons C + D} $, a szybkość reakcji do przodu to $ r_1 = k_1 [A] [B] $, a szybkość do tyłu to $ r_2 = k_2 [C] [D] $, wtedy osiągniemy równowagę $ r_1 = r_2 $ i to jest przypadek, jeśli $ k_1 [A] [B] = k_2 [C] [D] $.

Dobra, świetna analogia. Tak więc, aby rozszerzyć moje pytanie na dysocjację wody, nie chodzi o to, że woda neutralna w jakiś sposób wie "och, nie ma wystarczającej ilości OH- i H3O +", po prostu (w danej temperaturze) woda ma prawdopodobieństwo 1/10 ^ 7 zdysocjowany?
Dysocjacja wody @Arcadium: nie jest dobrym przykładem, ponieważ nie mamy jasnego intuicyjnego pojęcia, jak to się dzieje. W przykładzie $ \ ce {A + B \ rightleftharpoons C + D} $ kurs forward jest proporcjonalny do iloczynu stężeń $ A $ i $ B $, ponieważ tak często się one spotykają. Jeśli dodasz $ A $ i $ B $, kurs wzrośnie, ponieważ spotykają się częściej. To wygeneruje więcej $ C $ i $ D $. Forward będzie dominował, dopóki koncentracja $ C $ i $ D $ wzrośnie do równowagi.
Tak, tak, ale jaki jest chemiczny odpowiednik tego staruszka wzywającego cię na policję, co? :-)
@DavidRicherby Myślę, że tak będzie, gdy reakcja staruszka spowoduje, że twoje szklane naczynie reakcyjne pęknie na całej podłodze.
@Arcadium Każda cząsteczka $ \ ce {H2O} $ ma pewne (małe, stałe) prawdopodobieństwo dysocjacji w każdej jednostce czasu. Jednak tempo, w jakim $ \ ce {HO -} $ i $ \ ce {H +} $ ponownie się łączą, zależy od ich koncentracji (to znaczy od tego, jak często zderzają się ze sobą). W przypadku czystej wody okazuje się, że tempo ponownego asocjacji $ \ ce {HO -} $ i $ \ ce {H +} $ odpowiada (względnie stałemu) współczynnikowi dysocjacji $ \ ce {H2O} $, gdy $ \ ce {[HO -] [H +]} = 10 ^ {- 14} $. (Jest to trochę bardziej skomplikowane, ponieważ w rzeczywistości do dysocjacji potrzeba wielu cząsteczek wody, ale to jest sedno tego).


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...