Химическое равновесие в гетерогенных системах

Рассмотренные ранее закономерности относятся, главным образом, к гомогенным реакциям, т. е. к реакциям с участием веществ, находящихся в одном физическом состоянии - в виде газа или в виде раствора. Равновесия, в которых принимают участие вещества, находящиеся в двух или нескольких физических состояниях (например, газ с жидкостью или с твёрдым веществом), называются гетерогенными равновесиями.

В качестве примера рассмотрим разложение карбоната кальция CaCO₃, используемого в фармации в качестве антацидного средства. Это удобная модель для рассмотрения разложения различных твёрдых веществ, в том числе и лекарственных, идущего с образованием газообразных продуктов:

CaCO_{3 (т)} Û CaO _(т) + CO_{2 (г)}

В соответствии с законом действующих масс выражение для константы равновесия этой реакции можно написать так:

p _CaO p _CO2 K_р = ¾¾¾¾¾ p _CaCO3

Парциальные давления CaO и CaCO₃ в газовой фазе, во-первых, очень малы, а во-вторых, остаются практически постоянными в любой момент протекания реакции. Это значит, что пока твёрдые CaCO₃ и CaO находятся в контакте с газом, их влияние на равновесие будет неизменным. В этом случае константа равновесия не зависит от количества твёрдой фазы. Можно разделить обе части выражения для константы равновесия на величину p _CaO/ p _CaCO3 и принять, что

K’_p = p _CO2,

где K’_p = K_pp _CaC03/ p _CaO - модифицированная константа равновесия; при этом парциальные давления CaCO₃ и CaO входят в величину K’_p в неявном виде.

Если парциальное давление СО₂ над CaCO₃, при данной температуре поддерживается меньшим, чем значение K’_p, то весь CaCO₃ превратится в CaO и CO₂; если же парциальное давление p _CO2 больше, чем K’_p, то весь СaO превратится в CaCO₃. Равновесное же парциальное давление CO₂, равное K’_p при данной температуре, называется давлением диссоциации.

При достижении давления СО₂ 1 атм равновесие в данной реакции сдвигается в сторону диссоциации СаСО₃, т. е. разложения карбоната кальция. Приведённая ниже таблица показывает, что это происходит при температуре 897^оС:

Давление CO₂ над CaCO₃

Температура, ^оС Давление, атм

500 9,30´10^-5

600 2,42´10^-3

700 2,92´10^-2

800 0,220

897 1,000

1000 3,871

1100 11,50

1200 28,68

Подобные рассуждения и понятие давления диссоциации могут быть распространены и на другие гетерогенные реакции с участием твёрдых веществ. В том случае, когда лекарственное вещество (в порошке или в таблетках) может реагировать с газами, находящимися в воздухе (H₂O, O₂, CO₂), или разлагаться с их выделением, необходимо следить, чтобы парциальное давление этих газов и паров в атмосфере склада было меньше, чем давление диссоциации (или соответствующая константа равновесия K’_p).

Дата добавления: 2014-01-06