Affiniteetti

kemiallisen reaktion herkkyyden suure
Tämä artikkeli käsittelee kemiallisen reaktion nopeuden suuretta. Ligandi-artikkeli käsittelee reseptorisitoutumisen affiniteettia.

Affiniteetti on kemiassa suure, joka ilmaisee, kuinka herkästi kemiallinen reaktio tapahtuu. Affiniteetti on todettavissa kuvaajalla, jossa Gibbsin vapaaenergia on piirretty reaktiomäärän funktiona. Affiniteetti on Gibbsin vapaaenergian osittaisderivaatan vastaluku reaktiomäärän suhteen, kun reaktio-olosuhteina lämpötila (T) ja paine (P) pidetään vakioina.

Reaktion tasapainotilaMuokkaa

Tarkasteltaessa yksinkertaisinta mahdollista reaktiota kuten kaasun kahden eri isomeerin välistä isomeroitumista, on reaktio seuraava:

(1) 

Kyseessä on alkeisreaktio ja sen kertaluku on 1. Reaktioyhtälön mukaan   moolia lähtöainetta   muuntuu   mooliksi tuottetta   vakiolämpötilassa ja -paineessa. Yleisesti reaktion Gibbsin vapaaenergian muutos voidaan antaan ainesosien kemiallisten potentiaalien avulla:  .A Tämä voidaan ilmaista myös reaktiomäärän avulla (T ja P vakiot) esim. yhtälön (1) tapauksessa seuraavasti:

 
Reaktion Gibbsin vapaaenergian ja reaktiomäärän välinen riippuvuus.
(2) 

Oheisesta kuvasta on todettavissa, että kun   reaktioyhtälön mukaisesti reaktioseos koostuu vain lähtöaineesta ja toisaalta kun  , on lähtöaine muuntunut täysin lopputuoteeksi. Reaktio etenee kunnes reaktion vapaaenergia saavuttaa pienimmän arvonsa, jolloin sen osittaisderivaatta reaktiomäärän suhteen on nolla. Tällöin lähtöaineen ja tuotteen kemialliset potentiaalit ovat yhtäsuuret. Jos yhtälön (1) isomeroitumisreaktion ainesosat käyttäytyvät ideaalisesti, niin reaktion tapahtuminen on ilmaistavissa reaktion ainesosien kemiallisten potentiaalien ja osapaineiden avulla (ks. aktiivisuus):[1]

(3) 

Tässä   on reaktion standardinen Gibbsin vapaaenergian muutos kun 1 mooli lähtöainetta muuntuu tuotteeksi standardiolosuhteissa. Yhtälön (3) vasen puoli ilmaisee vapaaenergian muutosta siinä reaktion etenemisen tilassa, jonka olosuhde määräytyy osapaineiden   ja   toimesta. Yhtälön (3) vasemman puolen negatiivinen arvo on reaktion affiniteetti ja sen positiivista arvoa merkitään yleisesti  :nä, reaktion vapaaenergiana. Se vastaa siis sitä vapaaenergian muutosta kun 1 mooli ainetta reagoi reaktioyhtälön mukaisesti tarkalleen määritellyissä olosuhteissa.

Tasapainotilassa (tp)  , joten yhtälöstä (3) saadaan:

(4) 

(5) 


Tässä   on reaktion painetasapainovakio. Yhtälö (5) ilmaisee kemiallisen reaktion tasapainotilan aseman reaktion lähtöaineiden ja tuotteiden standardisten vapaaenergioiden, jotka ovat kokeellisesti määritettäviä suureita, avulla. Tarkasteltaessa yhtälöä (5) kvalitatiivisesti, viittaa esimerkiksi  :n negatiivisuus tuotteen lähtöainetta suurempaan määrään reaktion tasapainotilassa. Esimerkiksi kun   on  , jolloin reaktion tasapainotilassa on lähes pelkästään tuotteita.


LisätietoMuokkaa

A Määritelmän mukaan kemiallinen potentiaali  , jossa  . - Kun yhtälössä (3)  , on reaktio vapaaehtoinen (spontaani). Tällöin tapahtuu vapaaehtoinen kulkeutuminen korkean kemiallisen potentiaalin alueelta matalan kemiallisen potentiaalin alueelle ja ainevuo (isomeroituminen) jatkuu kunnes koko reaktioseoksen kemiallinen potentiaali on homogeenisesti yhtä suuri. Samankaltainen tilanne on esim. virtapiirin varausvuon sähköstaattisessa potentiaalissa.


Katso myösMuokkaa


LähteetMuokkaa

  1. E. Brian Smith, Basic Chemical Thermodynamics, 4. painos, (1990), Clarendon Press Oxford, s. 51, ISBN 0-19-855565-2