Константа равновесия

Количественной характеристикой равновесного состояния является

величина, называемая константой равновесия (Кр). В состоянии равновесия состав системы не меняется, т. е. концентрации реагентов и продуктов реакции остаются постоянными (они называются равновесными).

В 1864 г. норвежские ученые К. Гульдберг и П. Вааге сформулировали закон действующих масс (ЗДМ): отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ (реагентов) в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, при Т = const, является величиной постоянной.

Рассмотрим обратимую химическую реакцию общего вида, в которой все вещества находятся в одном агрегатном состоянии, например, жидком:

аA + вB D сC + dD,

где A и B – исходные вещества прямой реакции; C и D – продукты прямой реакции; а, в, с, и d – стехиометрические коэффициенты.

В начальный момент времени, когда концентрация веществ A и B наибольшая, скорость прямой реакции также будет наибольшей и по закону действующих масс равна

u_пр = k₁C_А^аC_В^в (1)

где k₁ – константа скорости прямой реакции.

С течением времени концентрация веществ A и B уменьшается, а, следовательно, уменьшается и скорость прямой реакции.

В начальный момент времени концентрация веществ C и D равна нулю, а, следовательно, и скорость обратной реакции равна нулю, с течением времени концентрация веществ C и D возрастает, а, следовательно, возрастает и скорость обратной реакции и она будет равна

u_обр = k₂C_C^сC_D^d (2)

где k₂ – константа скорости обратной реакции.

В момент достижения равновесия, концентрации принимают значение равновесных, а скорости равны между собой u_пр = u_обр, следовательно

k₁C_А^аC_В^в = k₂C_C^сC_D^d (3)

Перенесем константы скорости в одну сторону, а концентрации в другую:

(4)

Отношение двух постоянных величин есть величина постоянная, и называется она константой химического равновесия:

(5)

Константа равновесия показывает во сколько раз скорость прямой реакции больше или меньше скорости обратной реакции.

Константа равновесия – это отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов.

Величина константы равновесия зависит от природы реагирующих веществ и температуры, и не зависит от концентрации в момент равновесия, поскольку их отношение – всегда величина постоянная, численно равная константе равновесия. Если гомогенная реакция идет между веществами в растворе, то константа равновесия обозначается K_С, а если между газами, то K_Р.

(6)

(7)

где Р_С, Р_D, Р_А и Р_В – равновесные давления участников реакции.

Используя уравнение Клапейрона-Менделеева, можно определить связь между K_Р и K_С

рV = nRT (8)

Перенесем объем в правую сторону

р = RT, т. е. р = CRT (9)