Химическое равновесие. Химическая кинетика.

Многие химические реакции не протекают до конца, т. е. исходные реагенты не полностью превращаются в продукты. Такие реакции начинают протекать в одном направлении, затем за счет взаимодействия продуктов реакции идут в обратном направлении, т. е. являются двусторонними. Их называют химически обратимыми. Химические реакции могут быть практически необратимыми и совершенно необратимыми. Например, реакция

Н2+½ О2 = Н2О

практически необратима; лишь при температурах в несколько тысяч градусов вода распадается на Н2 и О2.

Примером совершенно необратимых реакций является разложение взрывчатых веществ, для которых ΔS > 0 при ΔH < 0, т. е. ΔG < 0 при любых температурах:

Pb(N3)2 →Pb+3N2

Необратимости способствуют такие условия, при которых один из продуктов является малорастворимым и выпадает в осадок, либо образуется в виде газообразного вещества, удаляемого из системы, либо является слабодиссоциирующим в реакционной среде веществом. Любая реакция может протекать самопроизвольно только в направлении, которое приближает систему к состоянию равновесия, в котором силы, вызывающие процесс, уравновешиваютсяХимическим равновесием называют не изменяющееся во времени при постоянном давлении, объеме и температуре состояние системы, содержащей вещества, способные к взаимодействию.

Как было показано ранее, при некоторой температуре энтальпийный и энтропийный факторы уравниваются, т. е. ΔН = ТΔS.

В этом случае ΔG = 0, что является термодинамическим условием химического равновесия. Существуют различные виды равновесных состояний.

Истинное (устойчивое, термодинамическое) равновесие системы характеризуется неизменностью во времени. При этом система изменяет состояние соответственно внешним воздействиям и его характеристики (например, концентрации) не зависят от того, с какой стороны система подходит к равновесию. Устойчивое равновесие является динамическим. Равновесное состояние сохраняется во времени не вследствие отсутствия или прекращения процесса, а вследствие протекания его одновременно в двух противоположных направлениях с одинаковой скоростью.

Стационарным называют равновесие системы, которое поддерживается за счет внешнего воздействия, например путем постоянного давления реагентов и удаления продуктов.

Кажущееся (метастабильное, заторможенное) равновесие отличается тем, что для него выполняется только один признак – неизменность во времени. Например, смесь Н2 и О2 может практически бесконечно находиться в неизменном, метастабильном состоянии. Однако это не истинное равновесие, так как, раз начавшись (от искры или действия платинового катализатора, который при этом химически не изменяется),

процесс взаимодействия идет быстро и практически до конца с выделением тепла:

H2 (г) + 1/2О2(г) = H2О (г); ΔН⁰ ₂₉₈= −241 кДж.