РОЗДІЛ 7

Основні закони хімічних перетворень. Найважливіші поняття хімічної кінетики

«Явища хімічної рівноваги

відіграють головну роль

у всіх процесах

хімічної промисловості»

А. Ле-Шательє

1. Хімічні і фазові рівноваги

Рівноважним станом називається такий термодинамічний стан систе-ми, який не змінюється з часом, причому ця незмінність не обумовлена протіканням якого-небудь зовнішнього процесу.

Це означає, що існуючий для даної системи стан рівноваги не підтри-мується ззовні яким-небудь процесом.

Будь-які стани, суміжні з рівновагою, є менш стійкими і перехід до них із стану рівноваги завжди пов’язаний із затратами роботи ззовні.

Необхідно зазначити, що хімічну рівновагу слід розуміти не як стан спокою, а як процес, який відбувається безперервно з однаковою швид-кістю в обох напрямках. При цьому концентрації речовин не змінюються, що створює видимість спокою. Такий стан називається хімічною динаміч-ною рівновагою.

Система, в якій протікає оборотний процес, більш або менш швидко набуває такого стану, коли швидкості прямої і зворотної реакцій стають однаковими між собою. Система, як кажуть, набула рівноваги. При цьому ні пряма, ні зворотна реакції не припиняються.

Приклади фізичних рівноважних систем:

а) рідина насичена пара цієї рідини.

Швидкість випаровування рідини дорівнює швидкості конденсації її парів.

б) осад насичений розчин тієї ж речовини.

У даній системі швидкість розчинення речовини дорівнює швидкості випадання її із насиченого розчину в осад.

Приклади хімічних рівноважних систем:

1. Гомогенні системи:

а) 2Н₂О 2Н₂ + О₂ (рівновага термічної дисоціації води при високій температурі).

Швидкість розпаду молекул води на водень і кисень при даній температурі дорівнює швидкості утворення молекул води із вказаних газів.

б) НСl H⁺ + Cl^- (рівновага електролітичної дисоціації).

Швидкість розпаду молекул НСl на іони дорівнює швидкості утворення цих молекул із іонів Н⁺ і Сl^-.

2. Гетерогенна система: СаСО₃ СаО + СО₂.

Основні ознаки істинної хімічної рівноваги:

1. Хімічна рівновага (так само, як і фізична) є рухомою (динамічною). Це означає, що система чутливо реагує (“відгукується”) на усякі зміни умов її існування тим, що рівноважні концентрації змінюються, причому щоразу встановлюється нова рівновага, яка відповідає новим умовам існування системи. Інакше кажучи, при зміні параметрів стану системи вона підлягає рівноважному процесу.

2. При умовах, які встановились (при незмінних температурі, тиску і т.ін.) співвідношення концентрацій складових частин системи залишається незмінним досить довго (незмінність рівноважного стану за часом).

3. До даної хімічної рівноваги можна підійти, так би мовити, з двох сторін. Наприклад, рівноважну хімічну систему: Н₂ + J₂ 2НJ можна отримати двома шляхами: або брати Н₂ і J₂ (тоді в системі в результаті хі-мічної реакції утвориться рівноважна кількість НJ); або ж брати тільки НJ (тоді рівноважні кількості Н₂ і J₂ утворюються шляхом розкладу визна-ченої кількості НJ). У тому і іншому випадках у рівноважній системі будуть знаходитися усі три речовини (Н₂, J₂ і НJ) в концентраціях, які відповідають даним умовам існування системи.

4. Стан рівноваги в системі відповідає мінімуму потенціальної енергії в ній.