Константа равновесия. 
Химия

В научной и в учебной химической литературе часто пользуются понятиями обратимой и необратимой реакций, не придавая этим понятиям строгого термодинамического смысла. Реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях, называют обратимыми. У реакции.

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

в начальный момент времени, когда концентрации веществ, А и Б масимальны, скорость также максимальна. С течением времени концентрации веществ уменьшаются, и скорость реакции падает. Такую реакцию называют прямой реакцией, и ее скорость описывается уравнением Образующиеся частицы В и Г сталкиваются, и чем их больше в реакционной системе, тем выше скорость обратной реакции:

По мере снижения скорости прямой реакции скорость обратной реакции повышается, и наступает момент установления равновесия, при котором скорости прямой и обратной реакций равны:

Это равенство можно записать отношением констант скорости прямой и обратной реакций:

Отношение двух констант скорости — величина постоянная, поэтому отношение произведений концентраций продуктов реакции и исходных веществ также постоянная величина, называемая константой равновесия. В общем случае для реакции.

можно записать Это уравнение можно выразить еще одной формулировкой закона действующих масс: для одной и той же температуры отношение произведений концентраций веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов в правой и левой частях химического уравнения представляет собой постоянную величину.

Обратите внимание, что равновесные концентрации веществ имеют степени, равные стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Постоянство состава не означает состояния равновесия в системе. Смесь водорода и кислорода может при комнатной температуре сохраняться бесконечно долго, но при этих условиях она не находится в химическом равновесии. Достаточно преодолеть барьер энергии активации (например, внесением катализатора), как реакция начинает проходить с чрезвычайно большой скоростью (ценная реакция).

Химическое равновесие характеризуется следующими признаками.

• 1. При сохранении внешних условий (температура, давление, посторонние вещества и др.) состояние системы не изменяется во времени.
• 2. При изменении условий (введение дополнительных количеств реагирующих веществ, изменение давления и т.и.) система приходит к новому состоянию равновесия, но с тем же значением (приближенно) константы равновесия. Изменение температуры приводит к другому значению константы равновесия.
• 3. К состоянию равновесия система может подойти с противоположных сторон. Например, равновесная смесь иодоводорода HI, водорода Н₂ и иода 1₂ получается как из водорода и иода, так и из иодоводорода. В состоянии равновесии в смеси содержатся как исходные вещества, так и продукты реакции, или же, лучше сказать, вещества, формулы которых записаны в уравнении реакции перед и после знака равенства, так как при равновесии говорить об исходных веществах и продуктах реакции не имеет смысла.

Если при анализе реакционной смеси не обнаруживают продуктов реакции и при этом есть уверенность в том, что смесь равновесна и ни прямая, ни обратная реакция не заторможены, то константа равновесия бесконечно мала и равновесие смещено в сторону исходных веществ. Наоборот, если после окончания реакции в реакционной смеси не удается обнаружить исходных веществ, то константа равновесия бесконечно велика. В обоих случаях реакцию называют необратимой.

Многие реакции, которые считаются необратимыми, в действительности при изменении условий протекают обратимо. Даже традиционно считающаяся необратимой реакция между цинком и кислотой протекает обратимо: при повышении давления водорода обнаруживается выделение металлического цинка.

Необратимый процесс — это процесс, вероятность прохождения которого в обратном направлении бесконечно мала. Разбитая фарфоровая чашка никогда не станет снова точно такой же целой чашкой.

Сваренное яйцо никогда не превратится в такое первоначальное состояние, при котором из него мог бы развиться цыпленок. Хотя через многочисленные реакции и процессы мы можем из разбитой чашки сделать новую или из веществ сваренного яйца создать цыпленка, но это в любом случае будет нечто отличающееся от прежнего объекта, потому что, как известно, два раза вступить в одну и ту же реку невозможно.

Мы не будем пользоваться принятыми в учебниках знаками обратимости из двух противоположно направленных стрелок «=* или, а вместо них будем пользоваться символом равенства = в уравнениях реакции.

Понятие обратимой химической реакции не соответствует термодинамическому понятию «обратимый процесс». С термодинамической точки зрения обратимые химические реакции обратимы в непосредственной близости от состояния равновесия, когда скорости прямой и обратной реакций отличаются на бесконечно малую величину.

Если скорость обратной реакции крайне мала по сравнению со скоростью прямой реакции, то прямую реакцию считают необратимой, если, напротив, их скорости примерно равны, то реакцию считают равновесной. Равновесные стадии оказывают сильное влияние на зависимость общей реакции от концентрации и на наблюдаемый порядок сложной реакции.

Скорость распада озона.

зависит не только от концентрации озона, но и от концентрации кислорода. Предполагают, что реакция проходит через две стадии:

Скорость второй медленной стадии определяет скорость реакции в целом:

Концентрация атомов кислорода зависит от значения константы равновесия первой — быстрой, равновесной стадии:

получим уравнение скорости реакции, описывающее результаты эксперимента:

Подставив в уравнение скорости второй стадии равновесную концентрацию атомов кислорода из константы равновесия первой стадии Таким образом, порядок реакции превращения озона в кислород равен двум по озону и минус (!) один по кислороду, общий порядок равен единице, а константа скорости равна произведению константы равновесия первой стадии и константы скорости второй стадии. Имеются и другие объяснения наблюдаемой зависимости скорости распада озона от его концентрации.

Обнаружена корреляция (взаимозависимость) между извержениями вулканов и падением концентрации озона: если вулканом выбрасывается в атмосферу пыль, наблюдается снижение общего содержания озона, так как озон распадается на частицах пыли, играющих роль катализатора.