1.2. Условия химического равновесия

Химическое равновесие – это динамичное состояние системы, в которой протекают одновременно две противоположно направленные реакции: прямая () со скоростью и обратная () со скоростью . Через некоторое время эти скорости становятся равными ( ) , тогда в системе установится химическое равновесие.

Допустим, в гомогенной системе протекает обратимая реакция при , и при начальных концентрациях исходных веществ, равных С₀(А) и С₀(В), со скоростью по уравнению вида аА + bB ⇄ qQ + dD.

С течением времени в этой системе произойдут следующие изменения:

- уменьшатся концентрации исходных веществ до C_t(А), C_t(В);

- понизится скорость прямой реакции до

;

- увеличатся концентрации продуктов реакции до С_t(Q), С_t(D);

- повысится скорость обратной реакции до

;

- через время t выравняются скорости прямой и обратной реакций: и станут постоянными концентрации всех реагирующих веществ: С_i = const;

- в системе установится химическое равновесие с постоянными равно- весными концентрациями реагирующих веществ: С(A), С(В), С(Q), С(D), соотношение которых также будет постоянным и равным константе равновесия при данной температуре.

Химическое равновесие в системе установится при любых начальных концентрациях реагирующих веществ, которые могут быть только исходными, или только продуктами, или теми и другими одновременно. Равновесные концентрации реагирующих веществ могут различаться численно при разных способах задаваемого начального состава системы, но соотношение их всегда будет постоянным при Т = const и равным константе равновесия.

Обратимую химическую реакцию можно провести в двух противоположных направлениях. Например, гомогенную обратимую химическую реакцию

образование

H_2(г) + I_2(г) 2HI_(г)

разложение

можно провести в направлении прямой реакции образования HI, сопровождающейся увеличением концентрации HI, а также в направлении обратной реакции разложения HI, приводящей к уменьшению концентрации HI. Через какое-то время концентрации HI выравняются,

т. е. в системе установится равновесие. Разные пути достижения равнове-

сия в одной и той же системе подтверждают истинность достигнутого равновесия, что очень важно при расчете константы равновесия.

Химическое равновесие является подвижным, так как оно легко самопроизвольно восстанавливается при прекращении внешнего воздействия (С_i, р_i, Т, Р), т. е. переходит в новое состояние равновесия. Этот переход принято называть смещением равновесия.

Химическое равновесие и возможность самопроизвольного перехода системы в это состояние при данных условиях количественно оцениваются величинами изменения термодинамических функций (табл. 1.2).

Таблица 1.2