Химическое равновесие. 4.14.1. Состояние равновесия

4.14.1. Состояние равновесия

Реакции, протекающие при одних и тех же условиях одновременно в противоположных направлениях, называютсяобратимыми.

Рассмотрим простую обратимую реакцию, которая протекает в закрытой системе

A + B «C + D.

Скорость прямой реакции описывается уравнением

,

где – скорость прямой реакции; – константа скорости прямой реакции.

С течением времени концентрации реагентов А и В уменьшаются, скорость реакции снижается (рис.4.7, кривая ).

Реакция между А и В приводит к образованию веществ C и D, молекулы которых при столкновениях могут вновь дать вещества А и В.

Рис. 4.7. Изменение скоростей прямой и обратной реакций во времени

Скорость обратной реакции описывается уравнением

,

где – скорость обратной реакции; – константа скорости обратной реакции.

По мере того как концентрации веществ C и D возрастают, скорость обратной реакции увеличивается (рис.4.7, кривая ).

В какой-то момент времени скорости прямой и обратной реакций становятся равными

.

Такое состояние системы называется состоянием равновесия.

В состоянии равновесия концентрации всех его участников перестают меняться во времени. Такие концентрации называются равновесными.

Равенство скоростей прямой и обратной реакций – это кинетическое условие химического равновесия.

4.14.2. Константа равновесия

При равенстве скоростей прямой и обратной реакций

справедливо равенство

,

где [ A ], [ B ], [ С ], [ D ] – равновесные концентрации веществ.

Поскольку константы скоростей не зависят от концентраций, равенство можно записать иначе:

.

Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций

( / ) называют константой химического равновесия:

.

(4.19)

Константа равновесия является постоянной величиной для данной реакции при данной температуре. Величина константы равновесия зависит от природы реагирующих веществ и температуры, но не зависит от концентрации реагирующих веществ.Она показывает соотношение между концентрациями продуктов реакции и исходных веществ, которое устанавливается при равновесии.

Рассмотрим сложную реакцию

aA + bB «cC + dD.

Любую сложную химическую реакцию можно представить в виде ряда простых реакций. Для каждой из простых реакций можно записать кинетическое уравнение прямой и обратной реакций и соответствующие им выражения для констант равновесия. Константа равновесия сложной реакции равна произведению констант равновесия простых реакций, описывающих ее механизм

.

Поэтому в суммарное выражение для константы равновесия равновесные концентрации войдут в степенях их стехиометрических коэффициентов:

.

(4.20)