Константа хімічної рівноваги

Необоротні і оборотні хімічні реакції. Хімічна рівновага в гомогенних і гетерогенних системах.

Хімічні реакції бувають оборотні і необоротні. Необоротні реакції протікають до тих пір, поки не витратиться одна з реагуючих речовин, тобто до кінця. Як правило, в результаті необоротніх реакцій утворюється газоподібна речовина, або важкорозчинна речовина (осад), або комплексна сіль. Оборотні реакції протікають не до кінця, при цьому жодна з реагуючих речовин не витрачається повністю. Оборотна реакція може відбуватися як у прямому, так і в зворотньому напрямках.

Так, наприклад, реакція розкладу калій перманганату є необоротньою:

2KMnO₄ ®K₂MnO₄ + MnO₂ ¯ + O₂ ­

Кінцеві продукти цієї реакції не можна сполучити між собою так, щоб утворилась вихідна речовина.

Реакція взаємодії сульфур диоксиду з киснем при наявності каталізатору 2SO₂ + O₂ Û 2SO₃ є оборотньою, оскільки при температурі 400⁰С вона майже на 100% протікає у прямому напрямку, а при підвищенні температури до 450⁰ С стає помітним розклад сульфур триоксиду, тобто за цих умов одночасно протікають як пряма, так і зворотна реакції. Більшість хімічних реакцій належить до оборотних.

Стан системи реагуючих речовин (оборотної реакції), при якому швидкості прямої та зворотної реакцій стають однаковими, називається хімічною рівновагою.

Кількісною характеристикою хімічної рівноваги є її константа. Розглянемо це на прикладі взаємодії сульфур диоксиду з киснем:

2SO₂ + O₂ Û 2SO₃

Швидкість прямої реакції, згідно з законом діючих мас мас, дорівнює: V₁ = k₁[SO₂]²[O₂],

Швидкість зворотної реакції: V₂ = k₂ [SO₃]²

В момент встановлення стану хімічної рівноваги V₁=V₂, тобто

k₁[SO₂]²[O₂] = k₂ [SO₃]², або .

Відношення k₁/k₂ є також сталою величиною, тому останнє рівняння можна записати так: .

Отже, в момент встановлення хімічної рівноваги відношення добутку рівноважних концентрацій продуктів реакції до добутку рівноважних концентрацій вихідних речовин є величина стала. Ця величина називається константою хімічної рівноваги.

Константа хімічної рівноваги визначає глибину протікання процесу в момент досягнення стану рівноваги. Чим більша величина К_р тим повніше взаємодіють речовини. Повнота протікання процесу залежить від концентрації реагентів. Знаючи величину К_р, можна обчислити теоретично можливий вихід продуктів реакції. Величина константи хімічної рівноваги залежить від природи реагуючих речовин, температури і не залежить від тиску (при не дуже високому його значенні), концентрації реагуючих речовин і продуктів реакції та від наявності чи відсутності домішок. Каталізатор в однаковій мірі змінює швидкість як прямої, так і зворотньої реакції і таким чином сприяє швидшому досягненню стану рівноваги.

Стан хімічної рівноваги залишається незмінним до тих пір, поки не зазнають змін зовнішні умови (температура, тиск, концентрація). Коли ж змінити ці умови, то рівновага системи порушиться. Це пояснюється тим, що при зміні зовнішніх умов швидкості прямої та зворотньої реакцій стають різними; швидкість однієї з двох реакцій переважає над іншою, в результаті чого хімічна рівновага порушується.

Дата добавления: 2015-05-24