Химическое равновесие

Из данной статье вы узнаете, что такое химическое равновесие.

Равновесие — основа гармонии во всем. Представьте себе: это относится даже к химии!

Химическое равновесие — это состояние химической системы, в котором скорости прямой и обратной реакций равны.

Существуют реакции, в которых исходные вещества не полностью превращаются в продукты реакции. В этом случае продукты реакции могут быть превращены в исходные вещества, т.е. реакция протекает как в прямом, так и в обратном направлении.

Обратимые реакции — это те, которые одновременно протекают в двух противоположных направлениях.

При записи обратимых реакций вместо знака равенства используются противоположно направленные стрелки: .

Обратимые реакции очень распространены. К ним относятся диссоциация воды и слабых кислот, реакции водорода с азотом и йодом, окисление оксида серы () до оксида серы () кислородом, гидролиз некоторых солей и многие промышленно важные реакции:

гггг

гггг гггг

гггг

С точки зрения эффективности промышленного химического процесса обратимость реакций является отрицательным фактором, поскольку выход продукта в таких реакциях не превышает%.

Понятие «химическое равновесие» относится к обратимым реакциям, то есть реакциям, которые одновременно протекают в прямом и обратном направлениях:

прямая реакция

обратная реакция

В обратимых реакциях в начальный момент времени, когда концентрация исходных веществ высока, скорость прямой реакции максимальна. По мере уменьшения концентрации исходных веществ она уменьшается. Скорость обратной реакции, напротив, минимальна в начальный момент и увеличивается по мере накопления продуктов прямой реакции. Через некоторое время скорость прямой реакции становится равной скорости обратной реакции.

Table of Contents

Влияние на равновесную систему

С химическим равновесием мы разобрались, теперь двигаемся дальше.

Что произойдет, если наша идеальная равновесная система будет каким-либо образом затронута?

Произойдет сдвиг, то есть смещение равновесия – нарушение химического равновесия из-за преобладания скорости прямой или обратной реакции.

На химическое равновесие влияют несколько факторов:

температура,
давление и объем,
концентрация реагента или продукта.

химическое равновесие

Химическое равновесие, его признаки

Состояние системы остается неизменным во времени при сохранении внешних условий.
Равновесие является динамическим, то есть обусловлено протеканием прямой и обратной реакции с одинаковыми скоростями.
Любое внешнее воздействие вызывает изменение равновесия системы; если внешнее воздействие устранено, система возвращается в свое исходное состояние.
К равновесному состоянию можно приблизиться с двух сторон – как со стороны исходных веществ, так и со стороны продуктов реакции.
В состоянии равновесия энергия Гиббса достигает своего минимального значения.

Из данной статье вы узнаете, что такое химическое равновесие. Если реакция идет с поглощением теплоты, то при повышении температуры равновесный выход продукта увеличивается.

Химическое равновесие

Изображение взято из открытого источника яндекс.картинки

Если реакция идет с выделением теплоты, то повышение температуры приводит к понижению равновесного выхода.

Если реакция идет с изменением объема, то при повышении давления равновесие смещается в сторону образования веществ, занимающих меньший объем.

Если объем не изменяется, то изменение давления не влияет на их равновесие.

Можно увеличить степень превращения одного из исходных веществ, вводя другое реагирующее вещество в избытке по сравнению со стехнометрическим веществом.

Все способы смещения равновесия охватываются общим принципом, открытым Ле Шателье в 1884 г., если какая-либо из переменных, определяющих состояние равновесия, изменяется, то равновесие сдвигается таким образом, чтобы содействовать уничтожению изменения. Так, при нагревании равновесной системы в ней возникают изменения, связанные с поглощением теплоты (противодействующие повышению температуры). При увеличении давления возникают изменения, вызывающие изменение объема системы (противодействующие повышению концентрации).

Химическое равновесие, температура разложения твердых веществ при различном давлении (в ᴼС).

Реакции	Р, мм рт. Ст.
Реакции	100	300	500	750
NH₄Cl NH₃+HCl	260	306	324	340
CaCO₃ CaO+CO₃	762	837	870	898
Ca(OH)₂ CaO+H₂O	450	490	524	540
Fe₂(SO₄)₃ Fe₂O₃ +3SO₃	628	681	687	700

Скорость химических реакций

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ можно выразить кинетическим уравнением. В общем виде эта зависимость была сформулирована в 1867 г.Гульдбергом и Вааге: скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Для реакции

nA + mB = pC + rD

скорость реакции равна:

v=k *C^m_А * С^m_В ,

где к – константа скорости, или коэффициент пропорциональности, С_А – концентрация вещества А, С_В – концентрация вещества В, n и m стехнометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Сумма показателей степеней в этом уравнении называется порядком реакции. Порядок реакции, уравнение которой написано выше, равен n + m.

Для реакции H₂ + 1₂ = 2HI; v = k * c_H₂ * c₁,

Порядок реакции равен 2.

Как показывает опыт, порядки реакций не превышают трех. Стехнометрические коэффициенты реакций большей частью не совпадают с показателями степеней в кинетических уравнениях, так как многие реакции представляют собой совокупность ряда элементарных процессов.

При повышении температуры на 10ᴼ С скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Реакции, в которых все вещества (вступающие в реакцию и продукты реакции) образуют однородную смесь, называются гомогенными, остальные – гетерогенными. Скорость гетерогенных реакций пропорциональна величине поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

Теперь вы знаете, что такое химическое равновесие.

Прочитали статью? Пишите свое мнение в комментариях, делитесь ссылкой на статью с друзьями.