Оборотні реакції. Хімічна рівновага

Реакції, які одночасно можуть протікати у двох взаємно протилежних напрямках, називаються оборотними. Наприклад: N₂ + 3H₂ = 2NH₃, (DH < 0) (6.3)

Швидкість прямої реакції визначається виразом:

V _{1 х.р.} = [N₂][H₂]³,

а швидкість зворотної:

V _{2 х.р.} = [NH₃]².

З часом наступить момент, коли швидкість прямої і зворотної реакцій стануть рівними: V₁ = V₂. Такий стан системи, коли в ній протікають два протилежно напрямлені хімічні процеси з однаковою швидкістю, називається станом хімічної динамічної рівноваги. Прирівнявши ліві частини, маємо право зрівняти і праві:

[N₂][H₂]³ = [NH₃]², розділимо рівняння на k₂ [N₂][H₂]³

К_рівн. = = ,

відношення констант є величиною сталою; це відно-шення теж є константою, яку називають константою рівноваги.

Для реакції загального виду (6.2) константа рівноваги записується так:

К_рівн = ,

де чисельник – добуток молярних концентрацій продуктів реакції у степенях, що відповідають стехіометричним коефіцієнтам, а знаменник − добуток молярних концентрацій вихідних речовин. Стан хімічної рівноваги залежить від цілого ряду факторів, основні з яких є: температура, тиск та концентрація компонентів. Зміна, принаймні, одного фактора призводить до зміщення рівноваги.

Вплив різних факторів на стан рівноваги якісно описується принципом зміщення рівноваги Ле Шательє, який він сформулював у 1884 році. Згідно цього принципу будь-який зовнішній вплив на систему, що знаходиться у стані хімічної рівноваги, призводить до посилення процесів, що протидіють цьому втручанню. Практичне використання принципу зміщення рівноваги можна показати на прикладі синтезу амоніаку (6.3). ця реакція екзотермічна і протікає із зменшенням газових об'ємів. Синтез амоніаку йтиме повніше за умов зниження температури, підвищення тиску, збільшення концентрацій вихідних речовин і зменшення концентрації продуктів реакції:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃, (DH<0)

ф. с.

ф. с.

Т − ¯ ­ ®; р − ­ ¯ ®;

ф. с.

ф. с.

[N₂][H₂] − ­ ¯ ®; [NH₃] − ¯ ­ ®

*ф. − дія фактора; с. − дія системи