Калькулятор константы равновесия
Что такое константа равновесия
Константа равновесия — одна из ключевых величин химической термодинамики. Она количественно описывает соотношение концентраций продуктов и реагентов в состоянии динамического равновесия и определяет, насколько полно протекает реакция.
Закон действия масс
Для реакции aA + bB ⇌ cC + dD константа Kc = [C]^c·[D]^d / ([A]^a·[B]^b). Концентрации берутся в состоянии равновесия и возводятся в степень, равную стехиометрическому коэффициенту. Закон сформулирован Гульдбергом и Вааге в 1864 году.
Зависимость от температуры
Константа равновесия зависит только от температуры и не зависит от концентраций, давления или присутствия катализатора. Для экзотермических реакций K уменьшается при нагревании, для эндотермических — увеличивается. Эта связь описывается уравнением Вант-Гоффа.
Физический смысл K
Величина K указывает, куда смещено равновесие. Kc >> 1 означает, что при равновесии продукты значительно преобладают над реагентами (реакция идёт практически до конца). Kc << 1 — реагенты преобладают, реакция идёт в малой степени. При Kc ≈ 1 концентрации сопоставимы.
Применение в химической промышленности России
Константа равновесия — основа проектирования промышленных химических процессов. Без неё невозможно оптимизировать реакторы, выбрать условия синтеза и рассчитать выход продукта.
Синтез аммиака (процесс Габера)
На предприятиях «Минеральные удобрения» и «КуйбышевАзот» расчёт Kp для N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ определяет оптимальное давление (150–300 атм) и температуру (400–500°C). Kp мал, поэтому аммиак непрерывно выводят из зоны реакции.
Производство серной кислоты
На Воскресенском химическом комбинате и предприятиях «Фосагро» окисление SO₂ до SO₃ (2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃) требует точного расчёта Kc. При 450°C Kp ≈ 10⁷ — реакция идёт почти до конца. Катализатор V₂O₅ ускоряет достижение равновесия.
Нефтепереработка и нефтехимия
На НПЗ «Роснефти», «Лукойла» и «Газпром нефти» реакции крекинга, риформинга и алкилирования требуют термодинамических расчётов K при высоких температурах. Расчёт ΔG позволяет предсказать возможность реакции без проведения эксперимента.
Производство удобрений
Синтез карбамида (мочевины) из CO₂ и NH₃ — важнейший процесс для российского АПК. Константа равновесия определяет соотношение исходных компонентов. При двухступенчатом синтезе расчёт Kc каждой стадии обязателен для технологов «УралХима» и «ЕвроХима».
Фармацевтика и тонкий органический синтез
Российские фармпредприятия (Фармстандарт, Герофарм) используют расчёты Kc для синтеза субстанций. Равновесные реакции этерификации, гидролиза, конденсации определяют выход целевого продукта и необходимость удаления воды из зоны реакции.
Металлургия и восстановление руд
В доменных печах «Северстали» и НЛМК восстановление оксидов железа (FeO + CO ⇌ Fe + CO₂) требует расчёта K при температурах 800–1600°C. Уравнение Вант-Гоффа позволяет построить диаграммы Баур-Глессера для оптимизации процесса.
Ключевые формулы/ химическое равновесие
Константа равновесия связана с термодинамическими функциями состояния и кинетикой реакции. Ниже — все основные уравнения, которые использует калькулятор.
Kc — константа по концентрациям
Для реакции aA + bB ⇌ cC + dD. Концентрации в равновесии. Чистые твёрдые и жидкие вещества в выражение не включают (их активность = 1).
Kc = [C]^c · [D]^d / ([A]^a · [B]^b)Kp — константа по давлениям
Используется для газофазных реакций. P — парциальное давление компонента. Связь с Kc через число молей газов: Δn = сумма коэф. продуктов − сумма коэф. реагентов.
Kp = Kc · (RT)^Δn (R = 0.0821 л·атм/(моль·К))ΔG° и константа равновесия
Стандартная энергия Гиббса напрямую связана с K. При ΔG° < 0 реакция самопроизвольна в стандартных условиях. Эта формула — мост между термодинамикой и кинетикой.
ΔG° = −RT · ln(K) (R = 8.314 Дж/(моль·К))Уравнение Вант-Гоффа
Описывает изменение K при изменении температуры. Ea — энергия активации. Позволяет предсказать K при новой температуре, зная K при исходной. Является дифференциальной формой d(ln K)/d(1/T) = −Ea/R.
ln(K₂/K₁) = −Ea/R · (1/T₂ − 1/T₁)Степень диссоциации и Kc
Для бинарной диссоциации AB ⇌ A⁺ + B⁻. α — доля молекул, распавшихся на ионы (от 0 до 1). C₀ — начальная концентрация вещества до диссоциации.
Kc = α²·C₀ / (1 − α) [слабые электролиты: α → Kc = α²·C₀]Важно: Kc зависит только от температуры. Добавление реагентов, изменение давления или присутствие катализатора не меняют Kc — только скорость достижения равновесия.
Знак ΔG°: ΔG° < 0 (K > 1) — реакция самопроизвольна. ΔG° > 0 (K < 1) — несамопроизвольна. ΔG° = 0 (K = 1) — стандартное равновесие.
Принцип Ле Шателье
Сформулированный в 1884 году Анри Луи Ле Шателье принцип позволяет предсказать направление сдвига химического равновесия при изменении внешних условий — без сложных вычислений.
Изменение температуры
Температура — единственный фактор, меняющий саму константу равновесия K. При повышении T равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (поглощающей тепло). Для экзотермических реакций рост T уменьшает K и снижает выход продукта.
Изменение давления
Давление влияет только на газофазные реакции с изменением числа молей газа (Δn ≠ 0). Рост давления смещает равновесие в сторону меньшего числа моль газа. Если Δn = 0, давление не влияет. Kc при этом не меняется — меняются лишь концентрации.
Изменение концентрации
Добавление реагента смещает равновесие вправо (к продуктам), добавление продукта — влево. Удаление продукта из зоны реакции непрерывно смещает равновесие вправо — именно этот принцип используется в промышленности для увеличения выхода целевого продукта. Kc при этом не меняется.
Катализатор и инертный газ
Катализатор одинаково ускоряет прямую и обратную реакцию, поэтому не смещает равновесие и не меняет K. Его роль — быстрее достичь равновесия. Добавление инертного газа при постоянном объёме не влияет на парциальные давления реагентов и не смещает равновесие.
Как пользоваться калькулятором
Четыре шага для получения результата. Все вкладки работают независимо — переходите к нужному расчёту без перезагрузки страницы.
Выберите тип расчёта
Перейдите на нужную вкладку: Kc (концентрации), Kp (давления), степень диссоциации, ΔG / K, уравнение Вант-Гоффа или принцип Ле Шателье.
Введите исходные данные
Укажите концентрации или давления веществ, стехиометрические коэффициенты и при необходимости температуру. Добавляйте вещества кнопкой «+ Добавить».
Нажмите «Рассчитать»
Калькулятор мгновенно выдаст результат с пояснением: числовое значение K, интерпретацию (куда смещено равновесие) и дополнительные величины.
Скопируйте результат
Нажмите кнопку «Копировать» рядом с любым результатом, чтобы скопировать значение в буфер обмена для использования в отчёте или расчётах.
Часто задаваемые вопросы
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».
Отказ от ответственности
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.
Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.
Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.
Похожие инструменты
Калькулятор времени цикла и переналадки (Setup vs Cycle)
Расчет эффективного времени цикла, производительности партии и влияния времени переналадки (Setup). Инструмент для SMED анализа.
Калькулятор сантехника: трубы, поток, давление
Расчет объема воды в трубе, скорости потока и потерь давления. Выбор материала (пластик, медь, сталь) и диаметра.
Калькулятор сейсмологии
Магнитуда Рихтера, моментная магнитуда, энергия землетрясения, шкала MSK-64, расстояние до эпицентра, закон Гутенберга-Рихтера.
Калькулятор кофеина и привычек
Узнайте свою смертельную дозу кофеина и сколько лет жизни тратите на игры, соцсети и сон. Научный подход к привычкам.
Калькулятор декретных выплат
Пособие по беременности и родам, единовременное пособие и ежемесячное по уходу до 1.5 лет. По 255-ФЗ.
Калькулятор опционов Black-Scholes
Стоимость опционов call/put, все 5 греков (Delta, Gamma, Theta, Vega, Rho), диаграмма P/L.
Калькулятор электрохимии
Расчёты по уравнению Нернста, законам Фарадея, ЭДС гальванического элемента, электролиз и электроосаждение.
Конвертер алкогольных единиц
Перевод алкоголя в стандартные порции (дринк/юнит). Узнайте, сколько чистого спирта вы потребили.
Калькулятор протезирования: длина протеза, K-levels, нагрузки и ортезы
Расчёты протезирования онлайн: длина протеза, функциональные уровни K-levels, нагрузка на протез, биомеханика сустава, подбор ортеза.
Калькулятор технического обслуживания (ТОиР)
Расчёты ТОиР: MTBF/MTTR, планирование ТО, стоимость простоя, запчасти, предиктивное ТО
Калькулятор нумерологии
Рассчет числа судьбы и совместимости по дате рождения. Узнайте свое число жизненного пути, число судьбы и совместимость с партнером.
Калькулятор Wilks (пауэрлифтинг)
Коэффициент Уилкса для сравнения силовых показателей между весовыми категориями. Wilks, DOTS и IPF GL.
Калькулятор времени работы от батареи
Автономность устройства: ёмкость мАч/Вт·ч, потребление, КПД преобразователя. Для IoT, Arduino и электроники.
Калькулятор эпидемиологии
Относительный риск RR, отношение шансов OR, NNT, чувствительность/специфичность, R₀, размер выборки для исследований.
Калькулятор аналоговых схем
Расчет коэффициента усиления (Av, Ai, Ap, дБ) и схем смещения биполярных транзисторов (Fixed, Emitter, Divider Bias).