|
|
Учебник для 11 класса ХИМИЯ§ 14. Обратимость химических реакцийТеперь вы уже знаете, что реакция может идти при благоприятном соотношении энергетического и энтропийного факторов. Но если эти факторы «уравновешивают» друг друга, состояние системы не меняется. В таких случаях говорят, что система находится в равновесии. Химические реакции, протекающие в одном направлении, называют необратимыми (рис. 34).
Большинство химических процессов являются обратимыми. Это значит, что при одних и тех же условиях протекают и прямая, и обратная реакции (особенно если речь идет о замкнутых системах). Например: а) реакция, уравнение которой
в открытой системе необратима; б) эта же реакция, уравнение которой
в замкнутой системе обратима. Рассмотрим более подробно процессы, протекающие при обратимых реакциях, например для условной реакции,
На основании закона действующих масс скорость прямой реакции
Так как со временем концентрации веществ А и В уменьшаются, то и скорость прямой реакции тоже уменьшается. Появление продуктов реакции означает возможность обратной реакции, причем со временем концентрации веществ С и D увеличиваются, а значит, увеличивается и скорость обратной реакции
Рано или поздно будет достигнуто состояние, при котором скорости прямой и обратной реакций станут равными.
При этом концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции остаются без изменения. Их называют равновесными концентрациями. На макроуровне кажется, что в целом ничего не изменяется. Но на самом же деле и прямой, и обратный процессы продолжают идти, но с равной скоростью. Поэтому такое равновесие в системе называют подвижным или динамическим. Разницу в изменении концентраций веществ и скорости реакции в случае необратимой и обратимой реакций вы можете увидеть на рисунке 35.
Рис. 35. Обозначим равновесные концентрации веществ [А], [В], [С], [D]. Тогда, так как скорости прямой и обратной реакций равны,
где α, β, γ, δ — показатели степеней, равные коэффициентам в обратимой реакции, К — константа химического равновесия. Полученное выражение количественно описывает состояние равновесия и представляет собой математическое выражение закона действующих масс для равновесных систем. При неизменной температуре константа равновесия — величина постоянная для данной обратимой реакции. Она показывает соотношение между концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель), которое устанавливается при химическом равновесии. Константы равновесия рассчитывают из опытных данных, определяя равновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции при определенной температуре. Значение константы равновесия характеризует выход продуктов реакции. Если получают К 1, это означает, что при равновесии [С]γ • [D]δ >> [А]α • [В]β, т. е. концентрации продуктов реакции преобладают над концентрациями исходных веществ, а выход продуктов реакции большой. При К << 1 соответственно выход продуктов реакции мал. Например, для реакции гидролиза этилового эфира уксусной кислоты
константа равновесия
при 20 °С имеет значение 0,28 (т. е. меньше 1). Это означает, что значительная часть эфира не гидролизовалась.
В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой или жидкой фазе. Например, для реакции СO2 + С 2СО константа равновесия выражается так:
Значение константы равновесия зависит:
От присутствия катализатора она не зависит, поскольку он, как вы знаете, изменяет энергию активации и прямой, и обратной реакций на одну и ту же величину. Катализатор может лишь ускорить наступление равновесия, не влияя на значение константы равновесия. На рисунке 36 показано влияние катализатора на время установления равновесия.
Рис. 36.
|
|
|