Химическая реакция называется обратимой, если в данных условиях протекает не только прямая реакция (→), но также и обратная реакция т. е. из исходных веществ образуются продукты и одновременно из продуктов получаются реагенты:
Обратимые реакции не доходят до конца. Концентрации реагентов уменьшаются, что приводит к уменьшению скорости прямой реакции
. Скорость же обратной реакции
постоянно возрастает, поскольку увеличиваются концентрации продуктов.
Когда скорости прямой и обратной реакций станут одинаковыми (
=
), наступит состояние химического равновесия, при котором не происходит дальнейшего изменения концентраций реагентов и продуктов.
В состоянии равновесия концентрации реагентов и продуктов постоянны, их называют равновесными концентрациями и обозначают [А], [В], [D] и [Е], в отличие от концентраций сА, св, cD и сЕ в любой другой момент времени. Установлено, что:
В состоянии равновесия произведение концентраций продуктов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, деленное на такое же произведение концентраций реагентов, есть величина постоянная при T = const.
Такое соотношение обозначают Кс и называют константой равновесия данной реакции:
Это выражение носит название равновесный закон действующих масс (К. Гулльберг, П. Воге, 1867).
Значение Кс характеризует состояние равновесия в данной реакции и определяется соотношением концентраций, т. е. величина Кс не зависит от каждой в отдельности равновесной концентрации – [А], [В], [D] или [Е].
Химическое равновесие не означает, что наступило состояние покоя. Прямая и обратная реакции протекают и в состоянии равновесия, но с одинаковой скоростью. Поэтому оно называется подвижным (динамическим) равновесием.
Подвижное химическое равновесие можно нарушить, оказывая на систему внешнее
воздействие и тем самым изменяя условия протекания реакции – температуру, давление, концентрацию. При любом нарушении (сдвиге) химического равновесия система перейдет (сместится
) в другое состояние равновесия.
Влияние условий на смещение химического равновесия определяется принципом, который установлен французским ученым A.‑Л. Ле‑Шателье (1884).
Современная формулировка принципа смещения равновесия, называемого принципом Ле‑Шателье:
При воздействии на равновесную систему химическое равновесие смещается в сторону, противодействующую этому воздействию.
Рассмотрим подробнее влияние таких факторов, как температура, давление, концентрация, на смещение равновесия.
1. Температура. Повышение
температуры смещает равновесие обратимой реакции в сторону процесса, идущего с поглощением
теплоты (эндотермическое направление), а понижение
температуры – в сторону процесса, идущего с выделением
теплоты (экзотермическое направление).
Для экзотермической реакции:
Для эндотермической реакции:
Значение Кс обязательно изменится при повышении и понижении температуры, так как значения констант скорости k прямой (→) и обратной (←) реакций по‑разному зависят от температуры, ведь это реакции между разными реагентами (соответственно А и В или D и Е). Следовательно, константа равновесия – функция температуры:
Kc = ƒ(t)
Примеры:
а) повышение
температуры (нагревание):
Технология приготовления косметических гелей
На
фоне довольно высоких темпов развития химической промышленности сегодня
ученому-исследователю очень трудно уследить за тенденциями развития
производства косметической продукции еще и по ...
Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6, полиамид-6,6, полиамид-10)
Полиамиды представляют огромный по числу
представителей и очень важный по своему научному и практическому значению класс
высокомолекулярных соединений.
Почти полтора века, которые прошли ...
Ядерная химия
Наряду со стабильными изотопами
данного химического элемента известны многочисленные изотопы химических
элементов, способные самопроизвольно превращаться в изотопы других химических
элементов посре ...