Необоротні і оборотні реакції.

Всі реакції в хімії можна поділити на зворотні і незворотні. Незворотні проходять до кінця і як правло супроводжуються виділенням речовини, що уходять зі сфери реакції (наприклад, випадіння осаду чи виділення газу, води у реакціях між електролітами), чи виділенням великої кількості теплоти, яка повинна знову поглинатися під час проходження зворотного процесу

.

Але таких реакцій не дуже багато. Більшість реакцій проходить не до кінця і називається зворотніми. При чому в реагуючий суміші йде як пряма реакція так і зворотна одночасно. Наступає момент, коли кількість молекул, що утворилися за одиницю часу буде рівною кількості молекул, що розпадаються, знов утворюючи вихідні речовини.

 

Такий стан реагуючої системи, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції називається хімічна рівновага.

 

На стан хімічної рівноваги впливають концентрації реагуючих речовин, температури, а для газоподібних речовин - і тиск. При зміні одного з цих параметрів стан рівноваги порушується і концентрації всіх реагуючих речовин змінюються доти, доки не буде досягне на нова рівновага. Подібний перехід реакційної системи з одного стану рівноваги в інший називається зміщенням рівноваги.

 

Напрямок зміщення хімічної рівноваги визначається принципом рухомої рівноваги, або принципом Ле Шател’є:

Якщо на систему, що перебуває в стані рівноваги, чиниться який-небудь зовнішній вплив (змінюється концентрація речовини, температура, тиск), то він сприяє перебігу з двох тієї реакції, яка послаблює цей вплив.

Пояснимо це на реакції синтезу аміаку:

 

Н₂ + N₂ ® N Н₃ DН = - 46 кДж/Моль

 

Якщо зовнішній вплив виявляється у збільшенні концентрації азоту або водню, то він сприяє реакції, що викликає зменшення концентрації цих речовин, і, отже рівновага змішується в бік утворенню аміаку. Відповідно збільшення концентрації аміаку змішує рівновагу в бік вихідних речовин.

Оскільки пряма реакція, як це впливає з рівняння, відбувається з виділенням теплоти, то підвищення температури суміші сприяє перебігу реакції з поглинанням теплоти і рівновага зміщується в бік вихідних речовин, зниження температури викличе зміщення рівноваги в бік продукту реакції.

Щоб визначити вплив тиску н а зміщення рівноваги, необхідно підрахувати число молекул у лівій і правій частинах рівняння. У наведеному прикладі в лівій частині рівняння міститься дві молекули, а в правій – одна. Оскільки підвищення тиску повинно сприяти процесу, що викликає зменшення числа молекул, то в цьому випадку рівновагу можна змістити в бік продукту реакції. Зниження тиску змістить рівновагу в бік вихідних речовин.

Якщо ж у рівнянні оборотної рівноваги число молекул у правій частині дорівнює числу молекул лівій частині, наприклад:

 

N₂ + О₂ =2 NО

то зміна тиску не викличе зміщення хімічної рівноваги.

У багатьох процесах зміщення хімічної рівноваги у бажаному напрямку: в бік продуктів реакція досягається шляхом виводу речовин, що утворюються, із сфери реакції. Так, наприклад, щоб змістити рівновагу в реакції етерифікації:

 

СН₃СООН + СН₃ОН = СН₃СООН₃ + Н₂О

в бік утворення метил ацетату, в систему вводять сірчану кислоту, що поглинає воду.

Способи зміщення рівноваги за принципом ле Шател’є відіграють величезну роль у хімії. Синтез аміаку й багато інших промислових процесів було освоєно завдяки застосуванню способів зміщення рівноваги в напрямку, що забезпечує високий вихід речовин, які добувають.