ХІМІЧНА РІВНОВАГА

2.3 ХІМІЧНА РІВНОВАГА

Всі хімічні реакції можна розділити на дві групи: незворотні і оборотні реакції . Необоротні реакції протікають до кінця (до повної витрати одного з реагентів), а в оборотних жодне з реагуючих речовин не витрачається повністю, тому що оборотна реакція може протікати як в прямому, так і в зворотному напрямку.

Приклад незворотною реакції:

Zn + 4HNO3 → Zn (NO3) 2 + 2NO2 ↑ + 2H2O

Приклад оборотної реакції:

H2 + I2 H2 + I2 2HI 2HI

Спочатку швидкість прямої реакції v пр велика, а швидкість зворотної реакції v про дорівнює нулю (рисунок 2.3).

Малюнок 2.3 - Залежність швидкостей прямої і зворотної реакцій від часу τ. У разі рівного розподілу цих швидкостей настає хімічну рівновагу.

У міру протікання реакції вихідні речовини витрачаються, і їх концентрації падають. Одночасно з'являються продукти реакції, їх концентрації зростають. Внаслідок цього починає йти зворотна реакція, причому її швидкість поступово збільшується. Коли швидкості прямої і зворотної реакцій стають однаковими, настає хімічну рівновагу. Воно є динамічним - на відміну від статичного рівноваги, яка не супроводжується будь-яким рухом. Наприклад, механічне рівновагу терезів є статичним. , Тому що, хоча концентрації речовин в системі залишаються постійними, реакція продовжує протікати як в прямому, так і в зворотному напрямку.

У разі рівного розподілу v пр і v про можна прирівняти їх вираження згідно закону дії мас * . Наприклад, для оборотного взаємодії водню з йодом :

k пр · [H2] · [I2] = k про · [HI] 2 або

Ставлення констант швидкості прямої і зворотної реакцій (K) називається константою рівноваги . При постійній температурі константа рівноваги є постійною величиною, яка показує те співвідношення між концентраціями продуктів і вихідних речовин, яке встановлюється при рівновазі. Величина K залежить від природи реагуючих речовин і від температури.

система знаходиться в стані рівноваги до тих пір, поки зовнішні умови зберігаються постійними. При збільшенні концентрації будь-якого з речовин, що беруть участь в реакції, рівновага зміщується Зсув рівноваги обумовлено тимчасовим порушенням рівності швидкостей прямої і зворотної реакцій. Якщо швидкість прямої реакції стає вище, то кажуть, що рівновага зміщується вправо, якщо ж вище стає швидкість зворотної реакції, то вважається, що рівновага зміщується вліво. Через деякий час рівність швидкостей знову відновлюється, тобто настає новий стан рівноваги. в сторону витрати цієї речовини; при зменшенні концентрації будь-якого з речовин рівновага зміщується в бік утворення цієї речовини.

Коли в реакції беруть участь гази, рівновага може порушуватися при зміні тиску:

2NO + O2 2NO + O2 2NO2 2NO2

v пр = k пр · [NO] 2 • [O2]; v про = k обр · [NO2] 2

При збільшенні тиску, наприклад, в 2 рази концентрація кожного газу зросте в 2 рази, і нові швидкості реакцій стануть рівними v пр 'і v про':

v пр '= 8 v пр; v про '= 4 v про

Неоднакове зміна швидкостей прямої і зворотної реакцій пов'язано з тим, що в лівій і правій частинах рівняння реакції різна кількість молекул газів. У зв'язку з цим рівновагу при зростанні тиску зсувається в бік зменшення числа молекул газів, тобто в бік зниження тиску.

Вплив температури на константу рівноваги. Тепловий ефект реакції можна розглядати як різницю енергій активації прямої і зворотної реакцій: Δ H = E a (пр) - E a (про). Для ендотермічних реакцій Δ H> 0; для екзотермічніреакцій Δ H <0. згідно рівняння Арреніуса * , Залежність константи рівноваги від температури можна виразити таким чином:

згідно рівняння Арреніуса * , Залежність константи рівноваги від температури можна виразити таким чином:

З рівняння, що зв'язує константу рівноваги з тепловим ефектом Δ H, слід, що при зростанні температури рівновага ендотермічної реакції Ендотермічна реакція протікає з поглинанням тепла. зміщується вправо, а екзотермічніреакцій Екзотермічна реакція протікає з виділенням тепла. - вліво. Виявляється також, що каталізатор * не впливає на константу рівноваги, так як він знижує енергію активації * прямий і зворотної реакцій на одну і ту ж величину.

Закономірності, які проявляються в розглянутих прикладах, представляють собою окремі випадки загального принципу , Що визначає вплив різних чинників на рівновагу системи. це принцип Ле-Шательє : Якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, зробити який-небудь вплив, то в результаті протікають в ній процесів рівновагу зміщується в такому напрямку, що вчинила вплив зменшиться.

До наступного розділу

До змісту

Рішення типових задач (Для нехімічних спеціальностей)