Обратимость химических реакций

Любая химическая реакция в принципе обратима, то есть может протекать как в прямом направлении (по уравнению - слева направо), так и в обратном (справа налево):

H_2(г) + J_2(г) 2 HJ_(г).

Если прямая реакция протекает очень сильно, а обратная - в очень малой степени, то такие реакции называют практически необратимыми и знак обратимости () не ставят:

C_(т) + O_2(г) = СO_2(г).

Разложение оксида углерода (IV) на простые вещества - маловероятный процесс в обычных условиях и при нагревании до температур порядка 2000 °С и поэтому процесс можно считать (условно) необратимой реакцией.

Рассмотрим взаимодействие между водородом и азотом, которое является типичным случаем обратимой реакции:

3H_2(г) + N_2(г) 2 NH_3(г).

Допустим, в начальный момент времени были смешаны некоторые количества газообразных Н₂ и N₂. По закону действующих масс, скорость их взаимодействия (v₁) равна:

v₁= k₁ [N₂] [H₂]³.

Причем, v₁ в момент смешивания будет максимальна, а по мере расходования исходных веществ постепенно будет убывать (см. рисунок).

В начальный момент времени скорость обратной реакции (v₂) равна нулю, т.к. аммиака в системе нет (концентрация его равна нулю):

v₂ = k₂ [NH₃]².

Но по мере протекания реакции v₂ начинает возрастать. Через некоторый промежуток времени t_x скорости прямой и обратной реакции сравняются. Такое состояние системы называется химическим равновесием. При этом прямой и обратный процессы не прекращаются, хотя видимых изменений в системе нет. В течение 1 секунды из азота и водорода образуется N молекул аммиака, но за это же время N молекул аммиака распадается на азот и водород. Значит, концентрации [H₂], [N₂] и [NH₃] остаются постоянными. Эти концентрации в состоянии равновесия называются равновесными концентрациями:

v₁ = k₁ [N₂]_р [H₂] ,

v₂ = k₂ [NH₃] .

v₁ = v₂ (состояние равновесия)

k₁ [N₂]_р [H₂] = k₂ [NH₃] ,

k₁/ k₂ = K_p =.

Отношение констант прямой и обратной реакции называется константой химического равновесия (К_р).

Константа равновесия определяет соотношение концентраций исходных веществ и продуктов реакции в состоянии химического равновесия. Величина константы равновесия зависит только от природы реагирующих веществ и температуры. Константа равновесия не зависит от концентрации веществ, на нее не влияет катализатор (он изменяет энергию активации прямой и обратной реакции в одинаковой степени, поэтому отношение констант скоростей остается постоянным).