ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В ГОМОГЕННЫХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ
Закон действия масс. Химическое равновесие
В анализе применимы лишь необратимые реакции, протекающие с достаточной скоростью. При выборе условий проведения реакции важно учитывать влияние различных факторов, влияющих на смещение равновесия реакций и определяющих оптимальные условия проведения реакции. Поэтому следует остановиться на основных законах кинетики и равновесия.
Из курса общей химии известно, что скорость химической реакции (г1), характеризуемая изменением концентрации в единицу времени, зависит от многих факторов, главные из которых — природа реагирующих веществ, концентрация реагентов (давления для реакций с участием газов), температура, катализатор.
Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ получила название закона действия масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, соответствующих коэффициентам каждого вещества в уравнении реакции.
Пусть а молекул вещества А реагируют с b молекулами вещества В:
Тогда по закону действия масс уравнение скорости реакции имеет вид
где К — константа скорости реакции, которая зависит от природы реагирующих веществ и температуры. Квадратные скобки обозначают концентрацию веществ в моль/л.
Для примера в гомогенных реакциях
уравнения скоростей реакций имеют вид соответственно
В гетерогенных системах с участием твердой фазы скорость реакции не зависит от концентрации твердого вещества, а изменяется лишь в зависимости от концентрации газообразных (или растворенных) веществ, например:
Большинство реакций являются обратимыми, например реакция при 350°С
Состояние равновесия, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной: vx = v2. Имеем v{ = iC,[I2][Н2] — прямая реакция; v2 = iC2[HI]2 — обратная реакция,тогда
В общем виде для реакции
где К — константа равновесия, которая показывает, во сколько раз скорость прямой реакции больше скорости обратной (при единичных концентрациях), и зависит только от природы реагирующих веществ и температуры.
Чем больше величина константы равновесия, тем полнее протекает данная химическая реакция.
Смещение равновесия подчиняется принципу Ле Шателье. если на систему с установившимся равновесием оказывается внешнее воздействие (меняется концентрация (давление) или температура), равновесие смещается в сторону, препятствующую этому воздействию.
Так, в реакции образования кроваво-красной окраски роданида железа(Ш)
увеличение концентрации KCNS приведет к смещению равновесия в сторону усиления окраски (в сторону прямой реакции), а добавление соли КС1 — к ослаблению окраски (к смещению равновесия в сторону обратной реакции).
Для достижения максимального эффекта в качественной реакции на определяемый ион необходимо действовать избытком реагента, чтобы обеспечить наиболее полное смещение химического равновесия в сторону продукта реакции с внешним эффектом.
