Химическое равновесие

В условиях равновесия произвольной химической реакции, например, вида:

aA + bB = cC + dD,

химическое сродство А (равное Δ_rG или Δ_rF для изобарно- и изохорно-изотермических условий соответственно) обращается в ноль, и тогда равновесные активности a_i участников реакции удовлетворяют закону действующих масс:

,

где, величина константы равновесия K_a определяется только температурой и не зависит от исходного состава реагирующей системы.

При равновесии прямая и обратная реакции идут с одинаковой скоростью.

Δ_rF = 0 Þ F -const

Δ_rG = 0 Þ G -const

Становится справедливым закон действующих масс:

aA + bB Û dD + cC

Закон действующих масс позволяет вычислить выход продуктов реакции (если задан исходный состав системы), однако для этого необходимо иметь взаимосвязь между активностью a_i и количественным содержанием (выраженным в той или иной форме) каждого из реагентов и продуктов реакции.

Например, протекает реакция в закрытом сосуде, в этом случае имеет место термодинамическое равновесие:

:

Zn + 2HCl Û ZnCl₂ + H₂­

(a-x) + (b-2x) Û x +x - моли

Выражение закона действующих масс для гетерогенных веществ реакций

Активности:

a_i = g_iP_i - для реальных газов.

a_i = g_iC_i - для растворов (моль/л)

g_i - можно определить:

1). экспериментально (с помощью потенциометра).

2). расчетным способом.

3). взять из справочника.

Для газов:

Для учета степени неидеальности вводится поправочный множитель g и термодинамическая константа равновесия

Если растет K_p, то K_g падает. Если растет K_g, то K_p падает.

Если газы подобны идеальному, то g → 1. Тогда: K_g → 1, K_a = K_p

Для растворов:

Термодинамическая константа равновесия

Если растворы подобны идеальному, то g → 1. Тогда: K_g → 1, K_a = K_c

Если известны мольные содержания компонентов в смеси, то

, где n – число молей.

Между K_p, Kc, K_a, K_n для одной и той же реакции существует связь, а именно индексы показывают, чтопринято в качестве действующих масс.

PV =nRT

P_A = [A]·RT

P_B = [B]·RT

P_C = [C]·RT

P_D = [D] RT,

где [A], [B], [C], [D] – моль/л.

,

где:

- ;

- Δn – число молей. Например, для газов:

Δn = Σn_кон. – Σn_исх.

и т.д. Þ