ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС. КОНСТАНТЫ РАВНОВЕСИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Соотношения (13.22), (13.25), (13.39), выведенные на основе второго за­кона термодинамики, позволяют установить условия химического равнове­сия. Рассмотрим газовую химическую реакцию для гомогенной системы

аА+ bB cC+dD,

где а, b, с, d- числа молей (стехиометрические коэффициенты) соответст­венно веществ А, В, С, D. Соотношение (13.39) можно записать в виде

(13.42)

где -химические потенциалы веществ А В, С, D при равнове­сии.

В случае идеальных газов значение химического потенциала компонентов определяется по формуле (13.40). На основе этой формулы можно записать

.

Отсюда

. (13.43)

Ввиду постоянства правой части при определенной температуре левая часть также должна быть постоянной. Тогда, обозначая левую часть через ,получим

, (13.44)

где К_р - константа равновесия химической реакции по парциальным давле­ниям.

Соотношение (13.44) является математическим выражением закона дей­ствующих масс. Подставляя (13.41) в (13.44), получим выражение константы химической реакции по концентрациям

или

, (13.45)

где

Для реакций, в которых не происходит изменение числа молей, К_c=К_p ,

так как . Рассмотрим химическую реакцию вида

A + B C+D.

Выше было показано, что при определенных условиях скорость химиче­ской реакции определяется концентрациями реагирующих веществ. Скорости прямой и обратной реакций будут

; ,

где к₁ и к₂- константы скорости прямой и обратной реакций; C_A , С_B, С_C ,C_D - концентрации веществ в данный момент времени.

Рассмотрим более сложную реакцию, в которую входит равное количест­во молей веществ

аА+bВ сС + dD.

Скорости прямой и обратной реакции будут

;

Например, для реакции вида

CO+H₂O CO₂+H₂

можно записать

.

В процессе реакции скорость прямой реакции вследствие уменьшения концентрации исходных веществ будет уменьшаться, а скорость обратной - возрастать. В какой-то момент скорости будут равны , и наступает химическое равновесие, являющееся динамическим, так как и прямая, и об­ратная реакции продолжают идти, но с равными скоростями.

Приравнивая значения скоростей реакций, получим

.

Отсюда

.

Закон действующих масс (см. уравнения (13.44), (13.45)), полученный для смеси идеальных газов, применим и к процессам диссоциации (разложения сложных веществ на более простые).