Химическое равновесие, Обратимость реакций - Скорость химических реакций. Химическое равновесие

Обратимость реакций

Химическая реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении, если ее энергия Гиббса AG<0, и в обратном направлении, если AG>0. Теоретически (изменением температуры, давления и концентрации) можно для любой реакции изменить знак AG, т. е. любую реакцию провести как в прямом, так и в обратном направлении. Однако в действительности имеются реакции совершенно необратимые, практически необратимые и обратимые.

Совершенно необратимыми являются реакции взрывного разложения некоторых веществ, характеризующиеся отрицательным значением энергии Гиббса при любых температурах (это имеет место при ДНО и AS>0). Причем знак AG практически невозможно изменить на положительный увеличением давления. К таким реакциям относится, например, реакция разложения бертолетовой соли: КСЮ3=КС1 + 3/202, для которой АН°= - 44,7 кДж/моль, AS°=246,8 Дж/моль, ДО° = - 44,7 - 0,2468-Т. ЛА

Теоретически (при давлении кислорода около 10" Па) эта реакция может протекать в обратном направлении, однако практически такое давление на Земле создать невозможно.

Практически необратимыми являются такие реакции, в которых обратный процесс подавляется за счет огромного избытка исходных веществ или когда продукты взаимодействия выводятся из зоны реагирования, например, молекулярно-ионные реакции в растворах с образованием слабого электролита, осадка, газа или комплексного соединения:

НС1 + NaOH = NaCl + Н20;

ВаС12 + K2S04 = BaS04 j + 2КС1;

Na2S + H2S04 = Na2S04 + H2ST;

CuCl2 + 4KCN = K2[Cu(CN)4] + 2KC1.

Однако даже слабые электролиты и самые прочные комплексы немного диссоциируют на ионы, а самые малорастворимые вещества и самые летучие газы немного растворяются, поэтому в таких процессах идут в незначительной степени обратные реакции, которыми в некоторых случаях пренебречь нельзя (такие случаи рассматриваются при изучении растворов).

Обратимыми (или двусторонними) являются реакции, которые идут в обоих направлениях - прямом и обратном, например:

СО(г) + Н?0(г) С02(г) + Н2(г);

N2(r) + 3H2(r) = 2NH3(r);

2KN03(P) + Na2S04(p) ^ K2S04(P) + 2NaN03(P).

Обратимая химическая реакция через некоторое время после ее начала приходит в состояние химического равновесия. Химическое равновесие изучает и объясняет химическая термодинамика. Состояние химического равновесия с позиций термодинамики - это тот предел, до которого в данных условиях реакция протекает самопроизвольно.

Движущей силой любого химического процесса является убыль энергии Гиббса: чем AG меньше нуля, тем дальше находится система от равновесия и тем более она реакционноспособна. При протекании реакции величина |AG|, зависящая от концентраций (давлений) реагентов, уменьшается и при достижении химического равновесия принимает нулевое значение (AG=0). Но переход системы в состояние химического равновесия не означает прекращения реакции, а говорит лишь о том, что перестают изменяться концентрации реагирующих веществ и продуктов.

Равновесным состоянием называется такое термодинамическое состояние, которое при постоянных внешних условиях не изменяется во времени, причем стабильность характеристик системы (состав, давление и др.) не обусловлено протеканием какого-либо процесса с участием внешней среды.

С позиции химической кинетики, которая изучает скорость и механизм химических реакции, состоянием равновесия является такое состояние, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной. В состоянии равновесия сколько молекул (или других частиц) продукта реакции в единицу времени образуется, столько их и разлагается, т. е. химическое равновесие является динамическим или подвижным. Таким образом, в состоянии химического равновесия концентрации всех веществ (реагентов и продуктов) являются постоянными и не изменяются до тех пор, пока не изменятся внешние условия проведения реакции: температура, давление и другие.

Химическое равновесие называется истинным и устойчивым. Оно характеризуется следующими признаками:

    1) при отсутствии внешних воздействий оно остается неизменным во времени; 2) его характеристики изменяются при внешних воздействиях, сколь малы бы они не были; 3) состояние равновесия не зависит от того, с какой стороны система к нему подходит - со стороны исходных веществ или со стороны продуктов реакции.

Если состояние не соответствует хотя бы одному из этих трех признаков, оно называется кажущимся равновесием или метастабильным состоянием: смесь водорода с кислородом (гремучая смесь), термит (смесь Fe203 с А1), металлы в контакте с воздухом и т. д.

Похожие статьи




Химическое равновесие, Обратимость реакций - Скорость химических реакций. Химическое равновесие

Предыдущая | Следующая