Химическое равновесие
Химическое равновесие - это состояние, в котором скорости прямой и обратной реакций равны.
Количественно состояние химического равновесия характеризуется константой равновесия. Для обратимой реакции уравнения скорости прямой и обратной реакции будет выглядеть следующим образом:
mA+nB⇄pC+qD
v1=k1[A]m[B]n - скорость прямой реакции
v2=k2[С]p[D]q - скорость обратной реакции
Когда достигается равновесие, то скорости обратной и прямой реакции равны. k1[A]m[B]n=k2[С]p[D]q
Обратимой называется реакция, которая при одних и тех же условиях может идти в противоположных направлениях.
K=k1k2=[C]p[D]q[A]m[B]n - данное уравнение является математическим выражением закона действующих масс при химическом равновесии.
По численному значению константы равновесия оценивается положение равновесия. При K≫1 равновесие смещено в сторону продуктов реакции, следовательно реакция практически необратима. При K≪1 химическое равновесие смещается в сторону реагентов и реакция практически не идет, так как выход продуктов очень мал.
Принцип Ле Шателье
С помощью данного принципа определяются изменения, которые происходят в системе в результате внешних воздействий.
Внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.
То есть внешнее воздействие меняет отношение скоростей прямого и обратного процессов, при этом благоприятствует тому процессу, который оказывает противодействие внешнему влиянию.
Зависимость химического равновесия от температуры
При повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону продуктов эндотермической реакции, а при понижении - в сторону продуктов экзотермической реакции.
Рассмотрим примеры изменения температуры в ходе определенных реакций:
CO2+C(т)⇄2CO−Q
Прямая реакция идет с поглощением тепла, следовательно, нагревание способствует прямой реакции, поэтому равновесие сместится в сторону продуктов реакции (в сторону экзотермической реакции).
CO+H2O(г)⇄CO2+H2+Q
Прямая реакция идет с отдачей тепла, поэтому при нагревании равновесие сместится в сторону исходных веществ (в сторону эндотермической реакции).
Правило Вант-Гоффа
При повышении температуры на 10∘C скорость большинства газовых реакций увеличивается в 2-4 раза.
γ=vT+10vT=2÷4
Температурный коэффициент γ показывает, во сколько раз меняется скорость реакции при изменении температуры от T1 до T2.
Зная температурный коэффициент можно рассчитать изменение скорости реакции при изменении температуры:
v(T2)v(T1=γ(T2−T1)/10