Хімічна рівновага

Хімічні реакції бувають необоротні й оборотні.

Необоротні реакції відбу­ваються доти, доки не витратиться одна з реагуючих речовин, тобто до кінця.

Оборотні реакції відбуваються не до кінця, при цьому жодна з реагуючих речовин не витрачається повністю. Оборотна реакція може відбуватися як у прямому, так і в зворотному напрямках.

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

Отже, в момент встановлення хімічної рівноваги відношення добутку рів­новажних концентрацій продуктів реакції до добутку рівноважних концентра­цій вихідних речовин є сталою величиною.

Для оборотної реакції в загальній формі k₁

mA + nB <=> pC + qD

k₂

константа рівноваги записується так: [C]^p [D]^q

K_c = k₁/ k₂ = -------------

[A]^m [B]ⁿ

Для реакцій за участю газів константа рівноваги виражається через парціальні тиски, а не через їх концентрації, визначають К_р. Якщо концентрації речовин виражені у молярних долях (%), а газів – у об’ємних долях, то визначається K_N. RT ^Σn

Формули зв’язку: К_р = K_c (RT) ^Σn К_р = K_N ------

V

Σ n = q + p – n – m

Для гетерогенних реакцій у вираз константи рівноваги, аналогічно виразу закону дії мас, входять концентрації тільки тих речовин, які перебувають у газовій або рідкій фазі.

Знаючи величину К, можна обчислити теоретично можливий вихід продуктів реакції.

Виходом реакції називають відношення кількості добутого практично продукту до тієї кількості, яку можно було б добути, якби реакція протікала до кінця.

Зміни, що відбуваються в системі в результаті зовнішніх впливів, визначаються принципом рухомої рівноваги – принципом Ле Шательє.

Кількісна залежність константи хімічної рівноваги від температури виражається рівняннями ізохори та ізобари реакції, які дозволяють теоретично розрахувати константу рівноваги реакції за заданої температури, якщо є її значення за іншої температури та тепловий ефект.

По двум константам рівноваги за двох температурах розраховується середнє значення теплового ефекту реакції в заданому інтервалі температур.

Рівняння ізохори хімічної реакції

K_C2 Q _V 1 1

lg ---- = ------- ---- - ----

K_C1 2,303 T₂ T₁

Рівняня ізобари хімічної реакції

K_р2 Q _р 1 1

lg ---- = -------- ---- - ----

K_р1 2,303 T₂ T₁

Хімічна спорідненість – здатність речовин вступати в хімічну взаємодію.

За міру спорідненості за заданої температури приймають зміну ізобарно – ізотермічного (енергія Гіббса) G_T та ізохорно – ізотермічного (енергія Гельмгольца) F_T термодинамічних потенціалів.

Рівняння ізотерми дозволяють визначити напрям реакції: F_T <0 _, G_T <0 вказує на можливість самочинності прямої реакції.

[C]^p [D]^q

F_T = RT ln ------------- - ln K_C

[A]^m [B]ⁿ

P_C^p P_D ^q

G_T = RT ln ------------- - ln K_p

P_A ^m P_B ⁿ

Для порівняння хімічної спорідненості у різних реакцій використовують величини стандартної хімічної спорідненості, коли концентрації вихідних речовин та кінцевих продуктів дорівнюють одиниці:

F_T = - RT ln K_C F_T = - 2,303 RT lg K_C

концентрації речовин і Кс виражено у кмоль/м³ або в моль/л;

парціальні тиски і Кр виражені в Па

G_T = 2,303 n RT lg 1,0133.10⁵ – 2,303 RT lg K_p

ХІМІЧНА КІНЕТИКА