Хімічна рівновага

Більшість хімічних реакцій є оборотними, тобто можуть одночасно перебігати в обох напрямках - прямому та зворотному. Через деякий час система досягає стану хімічної рівноваги – концентрації реагентів не будуть змінюватись з часом. Досягнення стану рівноваги не означає припинення процесу: хімічна рівновага є динамічною, тобто відповідає одночасному перебігу процесу в протилежних напрямках з однаковою швидкістю.

Кількісною характеристикою рівноваги є константа рівноваги. У загальному випадку рівняння оборотної реакції можна записати так:

А + В Е + F.

Стан рівноваги характеризується константою рівноваги:

,

(2.1)

С_і – рівноважні молярні концентрації учасників реакції. Розмірність константи рівноваги К_C - , де Δ n = (e + f) – (а + b). Для реакцій, які перебігають у газовій фазі, константу рівноваги виражають через рівноважні парціальні тиски і позначають К_p.

Рівняння (2.1) є математичною формою закону діючих мас для стану рівноваги: співвідношення рівноважних концентрацій при Т = const є величиною сталою і не залежить від кількості реагентів.

Для експериментального визначення константи рівноваги необхідно знати концентрації всіх учасників реакції у стані рівноваги.

Залежність константи рівноваги від температури виражається рівняннями ізобари та ізохори хімічної реакції. Рівняння ізохори в диференційній формі має вигляд:

,

(2.2)

де Δ U – зміна внутрішньої енергії внаслідок перебігу хімічної реакції (тепловий ефект реакції за умов сталого об’єму). Інтегрування рівняння (2.2) у невеликому інтервалі температур призводить до виразу:

,

(2.3)

де та – константи рівноваги відповідно при температурі Т₁ та Т₂; R – універсальна газова стала, яка дорівнює 8, 31 . Визначивши константи рівноваги для двох температур за рівнянням (2.3), можна розрахувати тепловий ефект хімічної реакції, :

.

(2.4)