Полная версия

Главная arrow Товароведение arrow Физическая и коллоидная химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Закон действия масс. Константы равновесия

Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия, которая может быть выражена через молярные концентрации С,, парциальные давления р, или мольные доли Х-, реагирующих веществ. Для некоторой реакции

соответствующие константы равновесия выражаются следующим образом:

  • (6.1)
  • (6.2)
  • (6.3)

На основании уравнения состояния идеального газа, записанного в виде соотношенияи закона Дальтона для идеальной газовой смеси, выраженного уравнением, можно вывести соотноше ния между парциальным давлением pj} молярной концентрацией С, и мольной долей Xj і-го компонента:

Отсюда получаем соотношение между Кс, Кр и Кх:

Здесь Δv — изменение числа молей газообразных веществ в реакции:

Для реакции, приведенной выше, Δv = c + d-a-b.

Приведенные выше соотношения (6.1)—(6.3) относятся только к идеальным системам. Для реальных систем используют фугитивности / и активности а, которые являются функциями давления р и концентрации С соответственно. В состоянии равновесия эти функции точно так же связаны в выражении для соответствующих констант равновесия — К( и Ка:

image316

Константы равновесия зависят только от природы реагирующих веществ и температуры. Они не зависят от равновесных концентраций (давлений, фугитивностей, активностей), т.е. тех величин, через которые они выражаются.

Чтобы понимать это утверждение, надо помнить, что химическое равновесие характеризуется динамичностью, а константа равновесия представляет собой отношение равновесных концентраций. Так, при изменении концентрации одного из компонентов реакции система выводится из состояния равновесия и запускается химическая реакция, включающая все компоненты этой реакции. Система начинает стремиться к новым равновесным концентрациям, т.е. к новому равновесию, описываемому при данной температуре этой же константой равновесия.

Константы равновесия описывают важное свойство химических процессов — стремление к определенному соотношению концентраций и поддержание этого соотношения при постоянной температуре. Огромную роль это свойство играет в сложных системах, таких, как экологические системы или живые организмы. Эти объекты можно рассматривать как сложные системы сопряженных реакций, каждая из которых характеризуется определенной константой равновесия. При попадании дополнительного количества какого-либо вещества система оказывается выведенной из состояния равновесия, при этом вся система сопряженных реакций начинает изменяться в направлении нового состояния равновесия, с новым набором равновесных концентраций, и при этом каждая из сопряженных реакций описывается все той же характерной для нее константой равновесия. Благодаря способности поддерживать равновесие сложные системы характеризуются значительной устойчивостью. В частности, экологические системы могут выдерживать присутствие значительного количества токсичных веществ и запускать реакции, которые нейтрализуют воздействие этих веществ. Вместе с тем, у любой сложной системы имеется предел устойчивости, т.е. та минимальная концентрация токсичного вещества, выше которой система уже не может восстановить равновесие в сопряженных реакциях. Это приводит к разрушению сложной системы.

Выражение для константы равновесия элементарной обратимой реакции может быть выведено из кинетических представлений. Скорость прямой реакции в любой момент времени равна

Скорость обратной реакции v2 в любой момент времени равна

Здесь k1 и к2 константы скоростей прямой и обратной реакций.

Очевидно, что через какое-то время скорости прямой и обратной реакций сравняются, после чего концентрации реагирующих веществ перестанут изменяться, т.е. установится химическое равновесие.

Исходя из равенства в состоянии равновесия скоростей прямой и обратной реакции (v1 = v2), получим

или

Таким образом, константа равновесия есть отношение констант скоростей прямой и обратной реакций.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>