Химическое равновесие

Протекание химических реакций заключается во взаимодействии исходных веществ (реагентов) с образованием продуктов реакции. Химические реакции могут протекать и в прямом, и в обратном направлениях.

_{прямая реакция}

РЕАГЕНТЫ ПРОДУКТЫ

обратная реакция

Все химические реакции подразделяются на необратимые реакции, которые протекают только в одном направление и до полного расходования одного из реагентов, и на обратимые реакции, которые протекают в двух противоположных направлениях и ни одно из реагирующих веществ не расходуется до конца.

В обратимых реакциях прямая и обратная реакции протекают одновременно.

Например: реакция образования паров воды обратима.

2H_2(г) + O_2(г) ↔ 2H₂O_(г)

_←→

∆Н>0 ∆Н < 0

_{← →}

∆ S > 0 ∆S< 0

Протеканию реакции в прямом направлении способствует энтальпийный фактор (∆Н < 0), протекания в обратном направлении - энтропийный (∆S > 0). При равенстве энтальпийного и энтропийного факторов ∆Н = Т∙∆S (∆G = 0), наступает химическое равновесие, при котором скорость прямой и обратной реакции становятся равными.

При химическом равновесии обе реакции (прямая и обратная) продолжают протекать, однако количество образующихся веществ равно количеству расходуемых за это же время тех же веществ. Количественно химическое равновесие характеризуется константой равновесия К_равн.,которая представляет собой отношение констант скоростей прямой реакции и обратной ( то есть отношение произведений концентраций реагирующих веществ к произведению концентраций продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов.

Например: для гомогенной реакции 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

_{→ → ← ←}

υ = k·[H₂]²·[O₂], υ = k·[H₂O]² , тогда

_{→ ←}

k · [H₂]² ∙ [O₂] = k ∙ [H₂O]², следовательно

, где

[H₂], [O₂] и [Н₂О] – равновесные концентрации водорода, кислорода и воды.

Для гетерогенных систем в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в растворе или в газообразном состоянии. Это объясняется тем, что концентрация веществ в твердом состоянии остается все время постоянной.

Например: С_(тв) + СО_2(г) = 2СО_(г)

_{→ ←}

При состоянии химического равновесия k · [CO₂] = k ∙ [CO]²

_{→ ←}

K = k / k = [CO]² / [CO₂]

Константа химического равновесия – величина постоянная при постоянной температуре. Зависит от природы реагирующих веществ и температуры.

Константа равновесия показывает направление протекания реакции:

· при К > 1 преобладают в системе продукты - реакция смещена в сторону прямой реакции;

· при К < 1 преобладают в системе реагенты - реакция смещена в сторону обратной реакции.

Химическое равновесие – динамическое равновесие. В системе присутствуют как реагенты, так и продукты и состав определяется условиями состояния системы.

Состояние химического равновесия зависит от:

· концентрации веществ;

· температуры системы;

· давления системы (для газофазных процессов).

При изменении параметров системы нарушается состояние системы. Скорость прямой или обратной реакции изменяется. Однако через некоторое время равновесие устанавливается снова при других концентрациях реагентов и продуктов. Переход системы из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние называется смещением химического равновесия.

Направление смещения химического равновесия в зависимости от изменения параметров состояния системы определяется принципом Ле Шателье: “если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то система перейдет в другое состояние равновесия так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия”