4 Химическое равновесие

4.1 Понятие о химическом равновесии

Во многих случаях продукты химической реакции могут взаимодействовать между собой, образуя исходные вещества. Тогда говорят, что реакция обратима. Классическим примером обратимой реакции является взаимодействие водорода с парами йода в газовой фазе:

Н₂+I₂2НI

Если в нагретую до 200 ˚Cколбу ввести смесь водорода с фиолетовыми парами йода, то смесь постепенно светлеет за счёт образования бесцветного йодоводородаHI. Если же, напротив, в такую же колбу впустить только бесцветный йодоводород, в ней постепенно появляется фиолетовая окраска паров йода и можно зарегистрировать образование водорода. Налицо протекание сразу двух взаимно противоположных реакций, то есть реакция йода с водородом обратима.

Строго говоря, все реакции обратимы. Однако скорость обратной реакции может быть столь мала, по сравнению со скоростью прямой, что обратная реакция практически не наблюдаема.

Рассмотрим гомогенную реакцию, уравнение которой записано в общем виде (4.1), протекающую в двух взаимно противоположных направлениях, что обозначается двумя встречными стрелками

аА+bBcC+dD.

(4.1)

Пусть она начинается со смеси исходных веществ, написанных слева. Запишем в соответствии с законом действующих масс выражения для скоростей прямой и обратнойреакций химического уравнения (4.1):

	,	(4.2)
	,	(4.3)

где ,– константы скорости прямой и обратной реакций;,,,–концентрации реагентов и продуктов.В то же время накапливаются продукты реакции, и скорость обратной реакции, согласно (4.3), растёт. В конечном итоге наступает такое состояние, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Дальнейшее изменение состава реакционной смеси прекращается, в системе наступает состояние химического равновесия.Состояние системы химически реагирующих веществ, при котором скорость прямой химической реакции равна скорости обратной реакции,называется химическим равновесием.

4.2 Динамический характер и устойчивость химического равновесия

Химическое равновесие является динамическим и устойчивым. Исходные вещества, даже если они были взяты в эквивалентных количествах, никогда не расходуются полностью на образование продуктов реакции. Реакция идёт до известного предела, а затем как бы останавливается. В системе одновременно присутствуют и исходные вещества, и продукты реакции за счёт протекания двух взаимно противоположных процессов: сколько исходных реагентов превращается в единицу времени в продукты, столько же продуктов превращается в единицу времени в реагенты. Таким образом, система находится в постоянной динамике. Устойчивость равновесия вытекает из следующих простых рассуждений. Пусть в состоянии равновесия скорость прямой реакции спонтанно увеличилась, тогда концентрации исходных веществ за счёт их расхода начнут уменьшаться, и возросшая ранее скорость этой реакции, согласно (4.2), начнет падать. Напротив, скорость обратной реакции за счёт увеличившейся концентрации продуктов, согласно (4.3), будет расти. Так, в конечном итоге, опять восстановится равенство скоростей прямой и обратной реакции, то есть химическое равновесие. Реально система все время будет совершать весьма малые, совершенно незаметные колебания около своего положения равновесия.