平衡常数的分光光度法测定

每一个化学反应是与平衡常数K，反映了产品浓度对化学平衡反应物浓度的比例。为泛型反应A + b B c C + d D，平衡常数定义为

等式的右边浓度在哪里 molarities 处于平衡状态。这个等式被称为反应的平衡表达式。在不处于平衡状态的化学系统，直到反应物浓度的正向和反向的反应发生在不同的利率和产品满足平衡表达式。

测量系统在化学平衡中K的值，就必须确定的反应物和产物的浓度，直接或间接地。K的测定分光光度法方法涉及一个彩色成分的浓度直接测量和间接测量量的其他人。在已知浓度的彩色组件的可见光谱揭示了吸光度与浓度为此组件之间的关系。啤酒的法律规定，这种关系具有形式

其中 e 是光的 L / mol-厘米， l中组分的摩尔吸光系数是光的路径长度通过厘米， c中的示例是光的在 mol / L 时，组件的摩尔浓度， A是光的吸光度。

啤酒的规律曲线为彩色组件可以应用于反应平衡的系统中来确定此组件从吸光度测量 (图 1) 的浓度。然后可以通过调整基于彩色物种实测的摩尔浓度的初始浓度计算剩余的反应物和产物的浓度。

在这里所研究的系统是与硫氰酸盐阴离子形成复杂铁 (III) 硫氰酸铁 (III) 阳离子的反应。

该反应体系的平衡表达式是

其中情商下标表示平衡浓度。铁 (III) 硫氰酸盐产品是橙色的但这两种反应物在水溶液中无色。因此，可以直接从吸光度测量确定 [Fe(SCN)^{2 +}]_情商。

反应物的平衡浓度可以减去产品从反应物初始浓度的平衡浓度计算。初始变化平衡 (ICE) 表说明了初始和平衡浓度如何相关 (表 1)。

反复的试验，但这个实验涉及不同反应物初始浓度的应产生相同的值的K， K的值是独立的浓度。

图 1。铁 (III) 硫氰酸盐的啤酒的规律曲线。

	Fe3 +	SCN-	Fe(SCN)2 +
初始	[Fe3 +]我	[SCN-]我	0
变化	–[Fe(SCN)2 +]情商	–[Fe(SCN)2 +]情商	+[Fe(SCN)2 +]情商
平衡	[Fe3 +]我— — [Fe(SCN)2 +]情商	[SCN-]我— — [Fe(SCN)2 +]情商	[Fe(SCN)2 +]情商

表 1。说明如何初始和平衡浓度等相关初始变化平衡 (ICE) 表。

表 4列出解决方案 1-5 的浓度和吸光度数据。从初始浓度的 Fe^{3 +}的 Fe^{3 +}所有转换为 Fe(SCN)^{2 +}的假设下测定了 Fe(SCN)^{2 +}的浓度。大量过剩的 SCN^-用于在管 1 — — 5 确保这种假设是如此。

摩尔浓度 [Fe(SCN)^{2 +}] 和吸光度，绘制在图 2中。测得的吸光度与啤酒的法律一致。

表 5列出了测得的吸光度值和计算的K值管 6 – 9。使用冰表法，测定了K值。初始反应物浓度基于已知的 molarities 的 Fe^{3 +}和 SCN^-反应物溶液中和反应 （10 毫升） 的总量。划分测得的吸光度测定平衡浓度的 Fe(SCN)^{2 +}了 Fe(SCN)^{2 +}的摩尔吸光系数。因为所有的产品形成从 1:1 反应的 Fe^{3 +}和 SCN^-，平衡浓度的 Fe(SCN)^{2 +}对应于减少反应物浓度。表 6显示试管 6 的过程。

从平衡行中浓度计算平衡常数。测试管 6，

平均K值为 147 ± 11，说明K大致恒定浓度进行了研究的范围。

图 2。线图的吸光度与浓度为 Fe(SCN)^{2 +}.

管	[Fe(SCN)2 +](mol/L)	吸光度
1	1.00 x 10-5	0.10
2	2.00 x 10-5	0.20
3	x 10– 5 3.00	0.25
4	x 10-5 4.00	0.32
5	5.00 x 10-5	0.42

表 4。吸光度与浓度数据为 Fe(SCN)^{2 +}.

管	吸光度	K
6	0.120	136
7	0.268	161
8	0.461	142
9	0.695	150

表 5。测定吸光度值和计算的 K 为铁 (III) 与硫氰酸盐反应。

	[Fe3 +](mol/L)	[SCN-](mol/L)	[Fe(SCN)2 +](mol/L)
初始	3.57 x 10-4	3.57 x 10-4	0
变化	–1.58 x 10-5	–1.58 x 10-5	+1.58 x 10-5
平衡	3.41 x 10-4	3.41 x 10-4	1.58 x 10-5

表 6。冰表，说明了用于试管 6 的过程。

平衡常数提供有用的信息的反应将前往形式产品随着时间的推移的程度。反应值大的K，远远大于 1，将形成产品几乎完全有足够的时间 (图 3)。一个值K小于 1 的反应将不继续前进在很大程度。平衡常数可作为一种化学反应的可行性措施。

图 3。这种反应的平衡常数大于 1。大量的彩色产品形式，在每种情况下，即使反应物初始浓度不同。

平衡常数也提供有用的热力学信息对自由能源、 焓和熵在化学反应过程中的变化。平衡常数与反应的自由能变化有关:

反应的自由能变化反过来相关反应的焓和熵的变化:

K的温度依赖性的测量可以显示焓变化 ΔH和熵变化 ΔS的反应。除了提供洞察分子行为中的模式的化学家，表的热力学数据可以用于标识反应与良好的热力学性能。例如，释放大量 （与消极 ΔG值关联） 的氧化还原反应是能量的具有吸引力的电池。

酸解反应 （K值） 的K值可用于预测的酸-碱反应，热力学控制结果。强酸是与大K值和弱酸与小K值相关联。ph 值指标是弱酸与不同颜色的酸性和碱性的形式，和 pK （ K负基地 10 对数） 的指标表示的 ph 值，作为一种酸发生颜色变化或基地添加到指示器的解决方案。

同样， K值用于在缓冲溶液的制备中实现目标的 pH 值。在其中的酸和它的共轭碱存在于溶液中，相同的浓度的 ph 值表示 pK的一种弱酸。当相同数量的一种弱酸及其共轭碱溶解在溶液中，溶液的 ph 值等于 pK的弱酸。