Свойства химического равновесия

Состояние равновесия наступает не только в химических реакциях, но и во многих других процессах. Выше были приведены некоторые примеры (грузы на блоках, газ в цилиндре).

Равновесие представляет собой состояние системы, в котором она не может производить работу:

Это положение справедливо и для химического равновесия. Следует учитывать, что химическое равновесие представляет собой динамическое состояние системы, в котором продолжаются превращения молекул, но при этом скорости прямой и обратной реакций одинаковы:

Химическим равновесием называют состояние системы, когда в обратимой химической реакции концентрации всех веществ становятся постоянными, а реакция продолжается в прямом и обратном направлениях с равными скоростями.

Отсутствие изменений в системе не является достаточным признаком химического равновесия. Нередко возникают заторможенные состояния, когда самопроизвольные реакции, способные совершать работу, фактически не идут. Пример такой системы — смесь водорода и кислорода при обычных условиях, называемая гремучим газом. Количества вещества водорода и кислорода в этой смеси не изменяются, потому что реакция образования воды идет неизмеримо медленно. Но ее можно ускорить многими способами. Тогда возникает взрывной процесс, система расширяется за счет резкого повышения температуры и совершает работу против внешнего давления. После этого система приходит в настоящее состояние равновесия. Можно привести и другие примеры заторможенных систем: взрывчатые вещества, пересыщенные растворы, различные горючие вещества в окружении атмосферы, содержащей кислород.

Следует отметить еще некоторые свойства химического равновесия, кроме тех, которые содержатся в данном выше определении.

• 1. При внешнем воздействии на равновесную систему происходит изменение состояния, зависящее от величины воздействия. Например, нагревая систему, мы несколько изменим соотношение между количествами исходных веществ и продуктов (см. ниже). При отсутствии равновесия малейшее воздействие на заторможенную систему может привести к возникновению быстрого процесса: взрыв смеси метана с воздухом от зажженной спички или искры (иногда такие разрушительные взрывы происходят в жилых домах), возгорание соснового бора в сухую погоду от любой искры, выделение избытка вещества из пересыщенного раствора в результате внесения единственного микроскопического кристалла и т. д.
• 2. Состояние химического равновесия не зависит от катализаторов. Внесение катализатора в равновесную смесь веществ изменений не вызывает. Если же система находится в заторможенном состоянии, то катализатор ускоряет достижение равновесия.
• 3. Одно и то же состояние равновесия достигается как справа, так и слева. В обратимой реакции нейтрализации между гидроксидом натрия и уксусной кислотой получается смесь ацетата натрия с некоторым количеством исходных веществ. Можно было бы растворить в воде соль ацетат натрия. В этом случае наблюдалась бы реакция соли с водой — обратная реакция относительно нейтрализации, называемая также гидролизом. В результате частичного гидролиза соли получилась бы такая же смесь соли, кислоты и щелочи.