cómo matemáticamente predecir la reacción de los resultados

Question

He estado tratando de cómputo alcanzar los siguientes (tengo ningún laboratorio, tengo 14 años y quiero hacer un mod para Minecraft para enseñar real Química):

Quiero matemáticamente predecir el rango de temperatura y presión (en el caso de la reacción entre los gases) o de la temperatura y de la concentración (si la reacción es en una solución) en el cual una reacción química que puede suceder, y la velocidad a la que ocurre con la variación de los dos argumentos.

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EDIT 1:

En cuanto a la primera parte de @sixtytrees respuesta, supongo que debe calcular el $K$.

Asumo $\Delta G$ sería:

$$\begin{align}\Delta G &= \Delta G_\mathrm f^°{_\text{methanol}} - \Delta G_\mathrm f^°{_\text{carbon monoxide}} - 2 \Delta G_\mathrm f^°{_\text{hydrogen}}\\[6pt] &= -162.5 - 137.3 - 0\\[6pt] &= -299.8\ \mathrm{\frac{kJ}{mol}}\end{align}$$

Ahora a resolver para $K$:

(Creo $R$ debe $0.0083144598\ \mathrm{\frac{kJ}{mol\ K}}$, debido a $\Delta G$ $\mathrm{\frac{kJ}{mol}}$
Yo también creo que tenemos que tomar en $25\ \mathrm{^\circ C}$ como la temperatura a la cual se $298\ \mathrm K$)

$$\begin{align}\ln K &= \frac{\Delta G}{-RT}\\[6pt] &= \frac{-299.8}{-0.0083144598 \cdot 298}\\[6pt] &= \frac{-299.8}{-2.4777090204}\\[6pt] &= 120.99887336713996006405304847878\\[6pt] K &= \mathrm e^{120.99887336713996006405304847878}\end{align}$$

Y ahora me doy cuenta de que debe haber algún error, ya que este número será demasiado grande.
☹

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EDIT 2:

Me desperté y me di cuenta que se equivocó $\Delta G$, debido a que he añadido a ellos juntos cuando yo debería restarse. Vamos a ver como nos va ahora.

$$\begin{align}\Delta G &= \Delta G_\mathrm f^°{_\text{methanol}} - \Delta G_\mathrm f^°{_\text{carbon monoxide}} - 2 \Delta G_\mathrm f^°{_\text{hydrogen}}\\[6pt] &= -162.5 - (-137.3 - 0)\\[6pt] &= -25.2\ \mathrm{\frac{kJ}{mol}}\end{align}$$

Ahora $K$ será:

$$\begin{align}\ln K &= \frac{\Delta G}{-RT}\\[6pt] &= \frac{-25.2}{-0.0083144598 \cdot 298}\\[6pt] &= \frac{-25.2}{-2.4777090204}\\[6pt] &= 10.170685820053125395644218884808\\[6pt] K &= \mathrm e^{10.170685820053125395644218884808}\\[6pt] &= 26126\end{align}$$

Todavía no es tan pequeño como 10 que @sixtytrees predicho.

$$26126 = \frac{[\ce{CH3OH}]^1}{[\ce{H}]^2[\ce{CO}]^1}$$

¿Y ahora qué?

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EDIT 3:

He estado pensando, y decidió Equilibrio Químico no es algo que me moleste, porque a medida que la reacción avanza, se supone que los productos finales se agotan a medida que se forman, y la presión adicional se agrega a la cuenta para la reducción del total de la molaridad. De esta manera no es necesario distinguir entre las reacciones reversibles, las reacciones irreversibles, y prácticamente las reacciones irreversibles (cuando hay trazas de los reactivos en los productos finales).

Esto sólo funciona si los reactivos son gases, no sé cómo sostener el ritmo de la reacción si se le quita a los productos de una solución.

La pregunta original se mantiene, ahora que el equilibrio es irrelevante, es posible predecir la temperatura y la presión/rango de concentración de los reactantes en el que la reacción puede ocurrir?

He descargado Orca, por el camino. Ni idea de cómo usarlo.

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EDIT 4:

Ok, así que vamos a decir que todo esto está ocurriendo en un recipiente cerrado con 1 l de volumen, por lo que

$\begin{align} 26126 &= \frac{[CH_3OH]}{2^2 \cdot 1^1}\\ [CH_3OH] &= 26126 \cdot 4 = 104,504 \end{align}$

¿Qué significa esto? Esto no puede significar que terminan con más de un centenar de moles de 1 litro. No tiene sentido, no tengo suficientes reactivos para obtener así la cantidad de producto. Así que, estoy claramente haciendo todo mal, alguien puede que me lo explique?

Answer 1

La predicción de la reacción de los resultados no necesariamente tiene que ser tan complicado. Considere un sistema simple de los reactivos, por ejemplo, si usted hizo los ésteres de alcoholes y ácidos (por ejemplo: alcohol etílico además de ácido acético -> acetato de etilo) se podría predecir los productos (y sus cantidades relativas) de un determinado conjunto de reactivos en cantidades diferentes, debido a la formación de un enlace éster es prácticamente el mismo energéticamente, independientemente de que los ácidos y alcoholes de utilizar. Si usted comenzó con tres alcoholes y tres ácidos, hay 9 posibles ésteres. Se pone más interesante cuando se agrega en difunctional ácidos y alcoholes - entonces usted comienza a conseguir cadenas de polímero. Este tipo de sistema puede ser simulado mediante un simple programa de ordenador.

Answer 2

Hay dos partes para la cuantificación de reacciones:

(1) qué tan lejos va? (Termodinámica, equilibrio). Todo esto es dictada por el estado fundamental de energía.

(2) ¿Cómo de rápido va? (Cinética, las velocidades de reacción). Esto es dictada por la transición a la energía del estado vs estado fundamental de energía.

El equilibrio es mucho más fácil de entender. Vamos a [Y] de la concentración de reactivo Y. Usted decir que para 2A + B = C+3D +4E usted tiene:

K = [C]$^1$[D]$^3$[E]$^4$/([A]$^2$* [B]$^1$)

Nota cómo los poderes son iguales a los coeficientes en la ecuación.

$\Delta$G= -RT*ln(K)

$\Delta$G es la energía de Gibbs (medidos y tabulados para todos los de productos químicos inorgánicos de texto escolar). R es una constante (constante Universal de los gases) T es la temperatura.

¿Cómo se usa? Bien, imagina que tienes

2*H2+ CO <-> MeOH

Supongamos que K=10, bajo que condiciones. Estoy seguro de que estoy fuera. Correcr manera de encontrarlo es el uso de $\Delta$G= -RT*ln(K). Sabes T, R es constante. $\Delta$G es conocida por MeOH, H2 y CO. Calcular la diferencia para encontrar $\Delta$G. Usted tendrá que encontrar a $\Delta$G de metanol de vapor o por líquido de MeOH y agregar $\Delta$G de evaporación.

Empezar con 1M de CO ( atm en 273º c) y 1,5 M de H2 (67.2 cajero automático en el 273º c). La presión Total de 112 atm. (Mol presión de conversión usando la ley del gas ideal). ¿Cuál será el equilibrio de la cantidad de MeOH si ? Usted dice que

Sea x la cantidad de producto en el equilibrio. H2 = 1.5 M - 2*x y CO = 1-x.

x/(1.5-2*x)$^2$*(1-x)=10=K

Ahora usted tiene una cúbicos ecuación a resolver (1.5-2x)$^2$*(1-x)*10 - x = 0;

Con más reactivos que han ecuación algebraica de mayor potencia, pero hay métodos para resolver esos numéricamente y la idea es bastante simple de explicar.

Esto hace un poco más complicado cuando se tienen varias reacciones que se va. Pero Esta es la base. Cuando el sistema se vuelve complejo de empezar a ignorar algunos de los pequeños miembros de la simplificación. (1.0001)$^5$ ~ 1.0005 (razonablemente exactos). Haces lo mismo en la química.

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La cinética es más complicado. Para a+ 2B -> C la primera aproximación es que

velocidad = k*[A]*[B]$^2$.

También "k a menudo se incrementa por un factor de 2 a 4 por cada 10º c de aumento en la temperatura".

Ahora a tratar de la exactitud de la necesidad de resolver un sistema de ecuaciones. cada ecuación es

r$_i$ = $\delta$[Un$_i$]/$\delta$t

o

r$_i$ = ($\delta$[Un$_i$]*$\delta$[B$_i$])/$\delta$t

Valora si i$^{th}$ reacción = cambio de la concentración de i$^{th}$ reactivo por período de tiempo como el período que va de cero).

Puedes terminar con un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias. Pero no te dejes engañar por la palabra "ordinario". La mayoría de ellos ni siquiera tienen soluciones en "funciones elementales" (funciones que se estudian en la escuela o la universidad, como químico.

Para entender lo que es una ecuación diferencial usted necesita saber qué es una integral. Hacemos un estudio de las ecuaciones diferenciales de segundo año de la universidad y que, probablemente, el tema más difícil en la universidad.

Answer 3

Usted puede comenzar con un áspero modelo y, a continuación, poco a poco mejorar. Los médicos comienzan con las ranas en su portador, a continuación, retire el apéndice, a continuación, hacer hart de la cirugía. Usted debe hacer lo mismo. Elija de 30 productos químicos. Registre las propiedades de cada sustancia química (temperatura de fusión/punto de ebullición, densidad, peso molecular, color, solubilidad en (o reacción) de agua. Ahora para cada par de sustancias químicas (30*15 combinaciones) registro si reaccionan el uno con el otro en estado seco, en agua, en agua acidificada y en base de agua, la velocidad de la reacción, los productos (gas/precipitar/cambio de color). 1000 condiciones es escribir mucho, pero vale la pena. Además, la mayoría de los casos será "ninguna reacción visible". Usted necesita un buen libro de referencia para obtener la mayoría de los datos. Para el resto de las reacciones que nos puede ayudar. Usted puede ver qué reacción se parece en youtube para saber lo que se debe mostrar en su mod. Usted tendrá su laboratorio virtual donde usted puede fijar cosas en el fuego o explotar cosas. Incluir esto en su mod y ver cómo va. Hacer que la gente a jugar, ¿ se preguntan "nos dan más explosiones, no queremos que se precipita? Expanda el mod como sea necesario.

Answer 4

A juzgar por sus intentos parece que no han aprendido acerca de la termodinámica, sin embargo, ni el cálculo ni la probabilidad avanzada. El problema fundamental en sus intentos es que no se toman en cuenta las transferencias de energía, energía de activación, etc. Estos cambios de energía que ocurren son científicamente representado en las curvas, que están tratando de resolver una cierta parte de la curva. Por lo tanto, se utiliza una combinación de la diferenciación y la integración a hacer eso. En segundo lugar, ver si las reacciones fueron matemáticamente determinista, entonces no habría ningún uso de un idioma diferente para la química (supongo que usted sabe básica chem). Finalmente, la química no está estructurado como las matemáticas, en otras palabras es sólo una mezcolanza de sustancias que reaccionan bajo las circunstancias adecuadas.