Stan równowagi chemicznej

B Jednoetapowa reakcja odwracalna przedstawiona jest w sposób ogólny poniższym schematem:

m

_K_ k, . [c]W ^k-i5-1a]W

i

;

V,

aA + bB —cC + dD

Reakcja biegnąca w prawo przebiega z szybkością v, (stała szybkości k,), a reakcja przebiegająca w lewo 2 szybkością v₂ (skata szbkośd k₂). Po pewnym czasie ustala się stan równowagi, w którym v, = v₂:

aA + bB cC + dD

Skład układu równowagowego można opisać w sposób matematyczny wyrażeniem określanym jako prawo działania mas. Prawo to mówi, że w stanie równowagi stosunek iloczynu stężeń produktów podniesionych do odpowiednich potęg do iloczynu stężeń substratów podniesionych do odpowiednich potęg jest wielkością stałą w danej temperaturze (oraz ciśnienia w przypadku reakcji przebiegających w fazie gazowej ze zmianą objętości reagentów) i charakterystyczną dla danej reakcji:

= const

H K to stała równowagi chemicznej; wielkość bezwymiarowa. W tym przypadku jest zdefiniowana poprzez stężenia reagentów, jest to więc tzw. stężeniowa stała równowagi chemicznej. K to wielkość stała w danych warunkach temperaturowych i niezależna od wartości stężeń reagentów. Charakteryzuje skład mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi. [A], [B], [C], [D] to równowagowe stężenia reagentów (w obliczeniach dane te podawane są jako wielkości bezwymiarowe). Natomiast k, i k₂ to stałe szybkości reakcji.

Zapis prawa działania mas dla wybranych reakcji chemicznych
3Fe(s)+ + H H2W	^C0<*> ^+ 2H2(8)^.CH3OHfe)
K M Dla układu heterogenicznego w zapisie stałej równowagi pomija się ciała stałe lub np. czyste ciecze.	[CH.OH] ^k"[coFIHJ
Stałe równowagi reakcji w fazie gazowej mogą być zapisane poprzez równowagowe stężenia molowe (stężeniowa stała równowagi) lub ciśnienia cząstkowe reagentów (ciśnieniowa stała równowagi).

S Stała równowagi (K) reakcji zależy od temperatury:

*    dla reakcji egzoenergetycznej K maleje wraz ze wzrostem temperatury;

■    dla reakcji endoenergetycznej K rośnie wraz ze wzrostem temperatury.

. shec

El

Stężenia substratów (S) i produktów (P) oraz szybkość reakcji biegnących w prawo (S-► P)

i w lewo (P-► S) zmieniają się w miarę przebiegu reakcji w następujący sposób:

= 4

szybkość reakcji S—P

_stan rćwnoy/agi chemicznej

'szybkość reakcji P—S t(sl

3 Przykład sposobu obliczenia równowagowych stężeń reagentów.

Załóżmy, że:

*    początkowa liczba moli substratów wynosi 1 mol;

■    reakcja przebiega według równania: A₂ + B₂ = 2 AB;

■    stała równowagi reakcji K = 4;

•    objętość układu wynosi 1 dm³, i wtedy stężenie molowe równa się (liczbowo) liczbie moli.

Reagenty	Liczby moli	Ilość przereagowanego substratu; ilość otrzymanego produktu analiza w oparciu o uzgodnione równanie reakcji, znak oznacza, że stężenie substratu zmniejsza się, znak „+" oznacza, że stężenie produktu zwiększa się	Stan równowagowy	Obliczone stężenie molowe w stanie równowagi [mol/dm^3]
substrat A2	1	“X	l-x	1-0,5 = 0,5
substrat B2	1	- X	l-x	1-0,5 = 0,5
produkt AB	-	+2x	2x	2 • 0,5 = 1

Można więc zapisać:

.. )ABl² ^x²

^k=™⁼TT^F

Po rozwiązaniu równania otrzymamy wynik: x = 0,5 mola. Obliczone stężenia znajdują się w ostatniej kolumnie powyższej tabeli.

Co wpływa na stan równowagi reakcji?

El Na zmianę stanu równowagi reakcji wpływa zmiana stężenia któregokolwiek z reagentów, zmiana ciśnienia oraz zmiana temperatury.

El Reguła przekory (Le Chateliera i Brauna) mówi, że jeżeli na układ będący w stanie równowagi zadziała określony czynnik zewnętrzny, który zaburzy równowagę, to w układzie zajdzie