Химическое равновесие в гомогенной среде

Примером гомогенной среды может быть газовая смесь или различные жидкие растворы. Выражением условий химического равновесия для гомогенных систем является закон действующих масс или константы равновесия, согласно которому:

при постоянной температуре скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, причём каждое из них влияет на скорость в степени, равной стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции.

Пусть в гомогенной системе протекает реакция

аА+bВ↔сС+dD,

где а, b, с, d – стехиометрические коэффициенты или количество молей веществ А, В, С, D соответственно.

Стрелки в уравнении указывают на возможность протекания реакции в обоих направлениях с определенной скоростью.

Если в начальный период скорость протекания реакции в прямом υ₁и обратном υ₂ направлении неодинаковы, то по мере приближения к состоянию равновесия они становятся близкими друг к другу. При равновесии υ₁= υ₂.

Согласно закону действующих масс

,

,

где с_А, с_B, с_C, с_D – концентрации веществ, выраженные в молях на литр; k_1, k₂ – константы скоростей реакции.

При равновесии , следовательно, константа равновесия реакции

(34)

Если в реакции учувствуют газообразные вещества, то константа равновесия реакции может быть выражена через парциальные давления соответствующих веществ:

. (35)

К_с и К_р связаны между собой зависимостью

, (36)

где Δn = (c+d-a-b) – изменение числа молей веществ, участвующих в реакции; R – универсальная газовая постоянная.

При ∆n=0 К_р=К_с.

Закон действующих масс применим только для идеальных газов и разбавленных растворов, для которых произведение равновесных концентраций является функцией только температуры К=f(T).

Для реальных газов и растворов закон действующих масс применим, если вместо давления и концентрации используются соответственно фугитивности или активности, которые зависят не только от температуры, но и от давления и состава газовой смеси или раствора.