при хімічному рівновазі обидві реакції - і пряма, і зворотна - продовжують йти, проте їх швидкості рівні і тому здається, що ніяких змін в системі не відбувається. p> Довести протікання прямої і зворотної реакцій після досягнення рівноваги можна безліччю способів. Наприклад, якщо в суміш водню, азоту та аміаку, що знаходиться в положенні рівноваги, ввести трохи ізотопу водню - дейтерію D2, то чутливий аналіз відразу виявить присутність атомів дейтерію в молекулах аміаку. І навпаки, якщо ввести в систему трохи дейтерірованного аміаку NH2D, то дейтерій тут же з'явиться у вихідних речовинах у вигляді молекул HD і D2. Інший ефектний досвід був проведений на хімічному факультеті МДУ. Срібну платівку помістили в розчин нітрату срібла, при цьому ніяких змін не спостерігалося. Потім у розчин ввели нікчемна кількість іонів радіоактивного срібла, після чого срібна платівка стала радіоактивною. Цю радіоактивність не могло В«змитиВ» ні споліскування платівки водою, ні промивання її соляною кислотою. Тільки травлення азотною кислотою або механічна обробка поверхні дрібним наждачним папером зробило її неактивною. Пояснити цей експеримент можна єдиним чином: між металом і розчином безперервно відбувається обмін атомами срібла, тобто в системі йде оборотна реакція
(тв) - е-= Ag +
Тому додавання радіоактивних іонів Ag + до розчину призводило до їх В«впровадженняВ» до платівки у вигляді електронейтральних, але як і раніше радіоактивних атомів.
Таким чином, рівноважними бувають не тільки хімічні реакції між газами або розчинами, а й процеси розчинення металів, опадів. p> Наприклад, тверда речовина швидше за все розчиняється, якщо його помістити в чистий розчинник, коли система далека від рівноваги, в даному випадку - від насиченого розчину. Поступово швидкість розчинення знижується, і одночасно збільшується швидкість зворотного процесу - переходу речовини з розчину в кристалічний осад. Коли розчин стає насиченим, система досягає стану рівноваги, при цьому швидкості розчинення і кристалізації рівні, а маса осаду з часом не змінюється. p> Константа рівноваги. Найважливіший параметр, що характеризує оборотну хімічну реакцію - константа рівноваги К. Якщо записати для розглянутої оборотної реакції A + DC + D умова рівності швидкостей прямої та зворотної реакції в стані рівноваги -
[A] равн [B] равн = k2 [C] равн [D] равн,
звідки [C] равн [D] равн/[A] равн [B] равн = k1/k2 = К
До називається константою рівноваги хімічної реакції.
Отже, при рівновазі відношення концентрації продуктів реакції до твору концентрації реагентів постійно, якщо постійна температура (константи швидкості k1 і k2 і, отже, константа рівноваги До залежать від температури, але не залежать від концентрації реагентів). Якщо в реакції беруть участь кілька молекул вихідних речовин і утворюється кілька молекул продукту (або продуктів), концентрації речовин у виразі для константи рівноваги зводяться в ступені, відповідні їх стехиометрическим коефіцієнтам. Так для реакції 3H2 + N2 2NH3 вираз для константи рівноваги записується у вигляді K = [NH3] 2 равн/[H2] 3равн [N2] равн. Описаний спосіб виведення константи рівноваги, заснований на швидкостях прямий і зворотної реакцій, в загальному випадку використовувати не можна, так як для складних реакцій залежність швидкості від концентрації зазвичай не виражається простим рівнянням або взагалі невідома. Тим не менш, в термодинаміки доводиться, що кінцева формула для константи рівноваги виявляється вірною.
Для газоподібних сполук замість концентрацій при записі константи рівноваги можна використовувати тиск; очевидно, чисельне значення константи при цьому може змінитися, якщо число газоподібних молекул в правій і лівій частинах рівняння не однакові. Графіки, що показують, як система наближається до рівноваги (такі графіки називаються кінетичними кривими), наведені на малюнках. p> Розрахункові методи визначення константи рівноваги реакції зазвичай зводяться до обчислення тим або іншим способом стандартного зміни енергії Гіббса в ході реакції (? G0), а потім використання формули
В
При цьому слід пам'ятати, що енергія Гіббса - функція стану <# "55" src = "doc_zip52.jpg"/>
У переважній більшості випадків константи швидкостей прямої і зворотної реакцій не рівні. Константа рівноваги - постійна при даній температурі величина і визначає співвідношення між рівноважними концентраціями продуктів реакції і вихідних речовин, зведених в ступені їх стехіометричних коефіцієнтів. p> Наприклад, для процесу N2 + 3H2? 2NH3
В
квадратних дужках позначена концентрація кожної речовини в момент рівноваги, так звана рівноважна концентрація.
Константа рівноваги залежить від природи реагуючих речовин і температури. Каталізатор не впливає на стан рівноваги. Присутність каталізатора в системі лише змінює час його досягнення. У стані рівноваги система може перебувати до тих пір, поки ...
