Теоретическое введение. Реакции, протекающие в двух взаимно противоположных направлениях

Реакции, протекающие в двух взаимно противоположных направлениях, называют обратимыми. При написании их уравнений знак равенства заменяют знаком обратимости . Например, N₂ + 3H₂ 2NH₃. В ходе обратимой реакции может наступить момент, когда скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми. Такое состояние реакционной системы называется химическим равновесием. Равенство скоростей – это необходимое и достаточное кинетическое условие любого химического равновесия, его критерий.

Химическое равновесие является динамическим и характеризуется постоянным для данных условий соотношением равновесных концентраций всех веществ, участвующих во взаимодействии.

Для реакции аА + вВ сС + dD константа равновесия выражается равенством

,

где [А],[В],[С],[D] - равновесные концентрации, моль/л;

а, в, с, d – стехиометрические коэффициенты.

Величина К зависит от природы реагирующих веществ, температуры и не зависит от исходных концентраций веществ в системе. Со стандартным для данной реакции изобарно – изотермическим потенциалом DG^о константа равновесия связана соотношением:

DG^о = – RTlnK,

где R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль∙К);

Т – абсолютная температура, К;

К – константа равновесия.

Система находится в равновесии, если сохраняются постоянными условия (концентрация, температура, давление), при которых оно установилось. При изменении одного из условий система переходит в неравновесное состояние, после чего происходит перераспределение концентраций, называемое смещением или сдвигом химического равновесия, и устанавливается «новое» состояние равновесия.

Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится в направлении, ослабляющем это воздействие.

Так, повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону реакции, идущей с поглощением тепла, т.е. эндотермической, а понижение – в сторону экзотермической.

Повышение давления смещает равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением числа газообразных молекул, т.е. с понижением давления, и наоборот, понижение давления смещает равновесие в сторону реакции, идущей с повышением давления.

Уменьшение концентрации одного из веществ, участвующих в реакции, приводит к смещению равновесия в сторону образования этого вещества, а увеличение – в сторону его расхода.

Выполнение опытов