Тема 3. Основные типы равновесий и процессов жизнедеятельности

После изучения темы студент должен

– знать: понятия обратимости химических реакций, химического равновесия; способы смещения положения равновесия в соответствии с принципом Ле-Шателье;

– уметь: определять константу равновесия и равновесные концентрации веществ; определять направление протекания химической реакции; определять исходные и конечные концентрации веществ;

– владеть: навыками самостоятельной работы с литературой по химии.

Реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях, называются обратимыми.

При записи обратимых реакций вместо знака равенства пользуются противоположно направленными стрелками (↔).

Состояние химической системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакций называется химическим равновесием.

Химическое равновесие характеризуется константой равновесия и равновесными концентрациями веществ. 

a А + b В ↔ сС + dD

Частное от деления произведения равновесных концентраций продуктов реакции и исходных веществ является величиной постоянной и называется константой равновесия К _р.

Константа равновесия позволяет судить о полноте протекания реакции. Для необратимых процессов К _р → ∞. Если же К _р = 0, то это указывает на полное отсутствие химического процесса.

При расчете константы равновесия концентрации веществ, находящихся в твердой фазе не учитываются.

Константа химического равновесия зависит от природы реагентов, от температуры и связана с изменением стандартной энергии Гиббса Δ G ° химической реакции уравнением:

Δ G° = – R · T · lnK_р

Для расчета энергии Гиббса при заданных значениях концентраций реагентов и продуктов реакции используют уравнение изотермы Вант-Гоффа:

D G _р-ции = D G °  _р-ции + RT ln (С ^d (D) ^. С ^c (C)) /(С^а(А) ^. С ^b (B))

Состояние химического равновесия при изменении условий (температуры, давления или концентрации) может сместиться либо в сторону образования продуктов реакции, либо в сторону исходных веществ. Влияние, оказываемое на равновесную систему каким-либо внешним воздействием, можно предсказать, пользуясь принципом Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать воздействие извне, то химическое равновесие сместится в сторону подавления данного воздействия.

При увеличении давления равновесие смещается в сторону образования меньшего числа молекул газа, а уменьшение давления смещает равновесие в сторону образования большего числа молекул газа.

Если при установившемся равновесии повышать температуру, то это воздействие сместит равновесие в ту сторону, которая идет с поглощением теплоты, т.е. в сторону эндотермической реакции.

Если в реакционную смесь ввести избыток одного из исходных веществ, то равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Аналогичный результат может быть достигнут путем удаления из системы продуктов реакции.

Необходимо отметить, что данный принцип применим только к системам, находящимся в состоянии истинного химического равновесия.