Изменение скорости прямой и обратной реакций в процессе установления химического равновесия

Равновесными концентрациями называются концентрации всех веществ системы, которые устанавливаются в ней при наступлении состояния химического равновесия.

Равновесные концентрации веществ, выраженные в моль/л, принято обозначать квадратными скобками, между которыми указывается формула вещества.

Состояние химического равновесия имеет следующие особенности:

1. Динамический характер химического равновесия - прямая и обратная реакции не прекращаются, а протекают с равными скоростями.

2. Постоянство состояния химического равновесия во времени - при неизменных внешних условиях состав равновесной системы не меняется (равновесные концентрации постоянны).

3. Подвижность равновесия - при изменении внешних условий происходит смещение химического равновесия, т. е. установление новых равновесных концентраций всех реагирующих веществ.

4. Возможность подхода к состоянию равновесия с двух сторон - как со стороны исходных веществ, так и со стороны продуктов реакции.

В равновесной химической системе фактически нет ни реагентов, ни продуктов, так как все вещества и процессы их взаимодействия участвуют в создании равновесия. В таких системах вещества называются реагентами и продуктами только формально в соответствии с уравнением химической реакции.

С учетом того, что в основе химического равновесия лежит равенство скоростей прямой и обратной реакций, для количественной характеристики состояния химического равновесия в системе можно ввести новый безразмерный параметр - константу химического равновесия, которая равна отношению константы скорости прямой реакции к константе скорости обратной реакции: K = /

Выведем, чему равна К процесса, протекающего в гомогенной системе:

аА + bВ ↔ dD + fF

В состоянии химического равновесия =

[A]^a[B]^b = [D]^d[F]^f

Константа химического равновесия обратимого процесса равна отношению произведения равновесных концентраций конечных продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ, возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам при формулах соответствующих веществ в уравнении химической реакции.

Так формулируется закон действующих масс для обратимых процессов.

Концентрации твердых веществ в гетерогенных системах не входят в выражение константы химического равновесия, так как они учитываются величинами константы скорости гетерогенной реакции:

2SO₂(г) + O₂(г) ↔ 2SO₃(г) = [SO₂]²[О₂] = [SО₃]

С(т) + О₂(г) ↔ СО₂(г) = [О₂] = [CО₂]

Значение константы химического равновесия определяет положение равновесия, т. е. относительное содержание исходных веществ и конечных продуктов в системе, находящейся в равновесном состоянии.

Если K > 1, то в системе выше содержание конечных продуктов, т. е. положение равновесия смещено вправо (→). '

Если K < 1, то в системе выше содержание исходных веществ, т. е. положение равновесия смещено влево (←).

Константа химического равновесия, как и константа скорости реакции, зависит от природы реагирующих веществ и температуры, но не зависит от присутствия катализатора, поскольку он изменяет константы скоростей и прямой и обратной реакции в одинаковое число раз. Катализатор, увеличивая скорости прямой и обратной реакций, уменьшает время, необходимое для установления равновесия в системе.

Константа химического равновесия не зависит от концентраций реагирующих веществ и давления в системе, так как эти факторы не влияют на константы скоростей химических реакций.