Przeczytaj
Reakcje chemiczne mogą być reakcjami nieodwracalnyminieodwracalnymi lub odwracalnymiodwracalnymi. Nieodwracalne zachodzą tylko w prawą stronę, czyli od substratów do produktów, a odwracalne mogą zachodzić również w lewą stronę, co oznacza, że produkty mogą pełnić rolę substratów. Stąd pojawia się oczywiste pytanie: jak ocenić, w którą stronę będzie zachodziła reakcja chemiczna?
Stan równowagi chemicznej
Reakcje, które mogą przebiegać w lewo lub w prawo, nazywamy reakcjami odwracalnymi. Jednym z przykładów jest:
Jeżeli reakcję prowadzimy w szczelnie zamkniętym pojemniku, wówczas ustali się stan, w którym ilości poszczególnych reagentów nie będą ulegać zmianie. W tym wypadku szybkość reakcji rozkładu zrówna się z szybkością reakcji przeciwnej. Taką sytuację określa się jako stan równowagi chemicznejstan równowagi chemicznej.
Stan równowagi chemicznej jest charakteryzowany przez stałą równowagi chemicznejstałą równowagi chemicznej, której wartość zależy od temperatury.
Dla procesów równowagowych można zapisać wyrażenie na stałą równowagi, np. dla reakcji:
wówczas wyrażenie na stałą równowagi przyjmuje postać:
Nie uwzględnia się już stężenia węgla, ponieważ występuje on w odrębnej fazie czystej.
Jak ocenić, w którą stronę będzie zachodziła reakcja?
W celu określenia kierunku, w którym będzie zachodzić reakcja, należy obliczyć wartość ilorazu reakcji . Jest to iloczyn początkowych stężeń molowych produktów danej reakcji chemicznej, podniesionych do odpowiednich potęg (równych współczynnikom stechiometrycznym w równaniu reakcji chemicznej), a następnie podzielony przez iloczyn początkowych stężeń molowych substratów, także podniesionych do odpowiednich potęg (równych współczynnikom stechiometrycznym w równaniu reakcji chemicznej):
Następnie należy porównać wartość ilorazu reakcji z wartością stałej równowagi dla tych samych warunków. Są możliwe trzy sytuacje:
, co oznacza, że w celu osiągnięcia wartości stałej równowagi należy zwiększyć wartość licznika (czyli zwiększyć stężenia produktów) oraz zmniejszyć wartość mianownika (zmniejszyć stężenia substratów). Odpowiada to przebiegowi reakcji w prawo.
, co oznacza, że w celu osiągnięcia wartości stałej równowagi należy zmniejszyć wartość licznika (czyli zmniejszyć stężenia produktów) oraz zwiększyć wartość mianownika (zwiększyć stężenia substratów). Odpowiada to przebiegowi reakcji w lewo.
, co odpowiada stanowi równowagi.
Zmieszano mola kwasu octowego, mola etanolu, mola octanu etylu oraz mola wody. W którą stronę będzie zachodzić reakcja, jeżeli wartość stałej równowagi w tych warunkach wynosi ?
Umieszczono trzy mole azotu i moli wodoru w zbiorniku o objętości , po czym zainicjowano reakcję w stałej temperaturze. Po zakończeniu stwierdzono, że jej wydajność wyniosła . Oblicz wartość stałej równowagi chemicznej.
Słownik
reakcja, która przebiega w obu kierunkach celem osiągnięcia stanu równowagi
reakcja przebiegająca tylko w jednym kierunku
stan osiągany przez układ, w którym zachodzi reakcja odwracalna; w stanie tym nie obserwuje się już zmian stężeń poszczególnych reagentów, a szybkości reakcji „w prawo” i „w lewo” są równe, przez co zaburzenie równowagi przez zewnętrzny bodziec, np. dodanie substratu bądź produktu, spowoduje ustalenie nowego stanu równowagi
wartość zależna wyłącznie od temperatury; charakteryzująca stosunek iloczynów stężeń produktów podniesionych do potęg równych współczynnikom stechiometrycznym do iloczynów stężeń substratów podniesionych do potęg równych współczynnikom stechiometrycznym; postać wyrażenia na stałą równowagi zależy od zapisu równania reakcji; w wyrażeniu nie uwzględnia się faz czystych (ciał stałych) ani stężeń reagentów, których stężenia nie zmieniają się w trakcie reakcji (np. stężenie wody podczas reakcji protolitycznych w rozcieńczonych roztworach wodnych)
Bibliografia
Pigoń K., Ruziewicz Z., Chemia fizyczna, Warszawa 1980 i wyd. następne.