Хімічна рівновага - основа оборотних хімічних реакцій

Згідно з однією з класифікацій, що використовуються для опису хімічних процесів, існує два види протилежних реакцій - оборотні і

незворотні. Оборотна реакція не доходить до кінця, тобто жодне з речовин, що вступили в неї, не витрачається повністю і не змінює концентрацію. Такий процес закінчується встановленням балансу або хімічної рівноваги, яке позначають ⇌. Але пряма і зворотна реакції йдуть і далі, не припиняючись, тому рівновагу називають динамічним або рухомим. Настало хімічну рівновагу говорить про те, що пряма реакція відбувається з тією ж швидкістю (V1), що і зворотна (V2), V1 = V2. Якщо тиск і температура будуть незмінними, то рівновага в даній системі може тривати невизначено довго.

Кількісно хімічну рівновагу описуєтьсяконстантою рівноваги, яка дорівнює відношенню констант прямої (K1) і зворотного (K2) реакцій. Розрахувати її можна за формулою: K = K1 / K2. Показники константи рівноваги будуть залежати від складу реагуючих речовин і температури.
Зміщення хімічної рівноваги відбувається запринципом Ле-Шательє, який звучить так: "Якщо на систему, яка знаходиться в рівновазі, впливати зовнішніми факторами, то рівновага порушиться і зміститься в бік, протилежний даному зміни".

Розглянемо хімічну рівновагу і умови його зсуву на прикладі утворення молекули аміаку: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + Q.

Розглядаючи рівняння даної реакції, встановлюємо:

1. пряма реакція - це реакція сполуки, тому що з 2 простих речовин утворюється 1 складне (аміак), а зворотна - розкладання;

2. пряма реакція йде з утворенням теплоти, тому вона - екзотермічна, отже, зворотна - ендотермічна і йде з поглинанням теплоти.

Тепер розглянемо дане рівняння за умови видозміни певних параметрів:

1. Зміна концентрації. Якщо збільшимо концентрацію вихідних матеріалів - азоту і водню - і зменшимо кількість аміаку, то рівновага зміститься вправо до утворення NH3. Якщо ж потрібно перемістити його вліво, збільште концентрацію аміаку.

2. Підвищення температури пересуне рівновагу всторону реакції, при якій тепло поглинається, а при зниженні - виділяється. Тому якщо збільшити температуру при синтезі аміаку, то рівновага зміститися в сторону вихідних продуктів, тобто вліво, а при зниженні температури - вправо, в бік до продукту реакції.

3. Якщо збільшити тиск, то рівновага зрушитьсяв сторону, де кількість газоподібних речовин менше, а при зменшенні тиску - в сторону, де кількість газів збільшується. При синтезі NH3 з 4 моль N2 і 3H2 виходить 2 NH3. Тому якщо збільшити тиск, то рівновага переміститься вправо, до утворення NH3. Якщо ж тиск зменшити, то рівновага зміститься у бік вихідних продуктів.

   

Робимо висновок, що хімічна рівновага можна порушити, якщо підвищити або знизити:

1. температуру;

2. тиск;

3. концентрацію речовин.

При введенні каталізатора в будь-яку реакцію баланс не змінюється, тобто хімічна рівновага не порушується.