Todas as reações químicas podem ser divididas em dois grupos: reações irreversíveis e reversíveis. As reações irreversíveis prosseguem até o fim - até que um dos reagentes seja completamente consumido. As reações reversíveis não prosseguem até o fim: em uma reação reversível, nenhum dos reagentes é completamente consumido. Essa diferença se deve ao fato de que reação reversível só pode fluir em uma direção. Uma reação reversível pode ocorrer tanto na direção direta quanto na direção reversa.

Vamos considerar dois exemplos.

Exemplo 1. A interação entre zinco e ácido nítrico concentrado ocorre de acordo com a equação:

Com uma quantidade suficiente de ácido nítrico, a reação só terminará quando todo o zinco estiver dissolvido. Além disso, se você tentar realizar essa reação na direção oposta - passar dióxido de nitrogênio através de uma solução de nitrato de zinco, o zinco metálico e o ácido nítrico não funcionarão - essa reação não pode prosseguir na direção oposta. Assim, a interação do zinco com o ácido nítrico é uma reação irreversível.

Exemplo 2. A síntese de amônia procede de acordo com a equação:

Se um mol de nitrogênio é misturado com três mols de hidrogênio, condições favoráveis ​​para que a reação ocorra no sistema, e após um tempo suficiente a mistura gasosa for analisada, os resultados da análise mostrarão que não apenas o produto da reação (amônia) estar presente no sistema, mas também as substâncias iniciais (nitrogênio e hidrogênio). Se agora, nas mesmas condições, não uma mistura nitrogênio-hidrogênio, mas amônia, for colocada como substância de partida, então será possível descobrir que parte da amônia se decompõe em nitrogênio e hidrogênio, e a razão final entre as quantidades de todas as três substâncias será o mesmo que nesse caso quando se parte de uma mistura de nitrogênio e hidrogênio. Assim, a síntese de amônia é uma reação reversível.

Nas equações de reações reversíveis, as setas podem ser usadas em vez do sinal de igual; eles simbolizam o fluxo da reação nas direções direta e reversa.

Na fig. 68 mostra a mudança nas taxas de reações diretas e inversas ao longo do tempo. Inicialmente, quando os materiais de partida são misturados, a taxa da reação direta é alta e a taxa da reação inversa é zero.À medida que a reação prossegue, os materiais de partida são consumidos e suas concentrações caem.

Arroz. 63. Mudança na taxa de reações diretas e reversas ao longo do tempo.

Como resultado, a velocidade da reação direta diminui. Ao mesmo tempo, os produtos da reação aparecem e sua concentração aumenta. Como resultado, uma reação inversa começa a ocorrer e sua velocidade aumenta gradualmente. Quando as velocidades das reações direta e inversa se tornam iguais, ocorre o equilíbrio químico. Assim, no último exemplo, é estabelecido um equilíbrio entre nitrogênio, hidrogênio e amônia.

O equilíbrio químico é chamado de equilíbrio dinâmico. Isso enfatiza que, no equilíbrio, ocorrem reações diretas e inversas, mas suas velocidades são as mesmas, de modo que as mudanças no sistema não são perceptíveis.

Uma característica quantitativa do equilíbrio químico é uma quantidade chamada constante de equilíbrio químico. Considere isso usando o exemplo da reação de síntese de iodo-hidrogênio:

De acordo com a lei da ação das massas, as velocidades das reações direta e inversa são expressas pelas equações:

No equilíbrio, as velocidades das reações direta e inversa são iguais entre si, de onde

A razão das constantes de velocidade das reações direta e inversa também é uma constante. É chamada de constante de equilíbrio desta reação (K):

Daí finalmente

No lado esquerdo desta equação estão aquelas concentrações de substâncias que interagem que são estabelecidas no equilíbrio - concentrações de equilíbrio. O lado direito da equação é um valor constante (a temperatura constante).

Pode-se mostrar que no caso geral de uma reação reversível

a constante de equilíbrio é expressa pela equação:

Aqui, letras maiúsculas denotam as fórmulas das substâncias e letras minúsculas denotam os coeficientes na equação da reação.

Assim, a uma temperatura constante, a constante de equilíbrio de uma reação reversível é valor constante, mostrando a razão entre as concentrações dos produtos da reação (numerador) e substâncias de partida (denominador), que é estabelecida no equilíbrio.

A equação da constante de equilíbrio mostra que, em condições de equilíbrio, as concentrações de todas as substâncias que participam da reação estão interconectadas. Uma mudança na concentração de qualquer uma dessas substâncias acarreta uma mudança nas concentrações de todas as outras substâncias; como resultado, novas concentrações são estabelecidas, mas a razão entre elas novamente corresponde à constante de equilíbrio.

O valor numérico da constante de equilíbrio na primeira aproximação caracteriza o rendimento desta reação. Por exemplo, em , o rendimento da reação é grande, porque ao mesmo tempo

isto é, no equilíbrio, as concentrações dos produtos da reação são muito maiores do que as concentrações dos materiais de partida, e isso significa que o rendimento da reação é alto. Em (por uma razão semelhante), o rendimento da reação é pequeno.

Quando reações heterogêneas na expressão da constante de equilíbrio, bem como na expressão da lei de ação das massas (ver § 58), estão incluídas as concentrações apenas daquelas substâncias que estão na fase gasosa ou líquida. Por exemplo, para a reação

a constante de equilíbrio tem a forma:

O valor da constante de equilíbrio depende da natureza dos reagentes e da temperatura. Não depende da presença de catalisadores. Como já mencionado, a constante de equilíbrio é igual à razão das constantes de velocidade das reações direta e inversa. Uma vez que o catalisador altera a energia de ativação das reações direta e inversa na mesma quantidade (ver § 60), ele não afeta a razão de suas constantes de velocidade.

Portanto, o catalisador não afeta o valor da constante de equilíbrio e, portanto, não pode aumentar nem diminuir o rendimento da reação. Ele só pode acelerar ou retardar o início do equilíbrio.

Entre as inúmeras classificações de tipos de reações, por exemplo, aquelas que são determinadas pelo efeito térmico (exotérmica e endotérmica), pelas mudanças nos estados de oxidação das substâncias (redox), pelo número de componentes envolvidos nelas (decomposições, compostos ), e assim por diante, reações que ocorrem em duas direções mútuas, também chamadas de reversível . Uma alternativa às reações reversíveis são as reações irreversível, durante o qual se forma o produto final (precipitado, substância gasosa, água). Essas reações incluem o seguinte:

Reações de troca entre soluções salinas, durante as quais um precipitado insolúvel é formado - CaCO 3:

Ca (OH) 2 + K 2 CO 3 → CaCO3↓ + 2KOH (1)

ou uma substância gasosa - CO 2:

3 K 2 CO 3 + 2H 3 RO 4 → 2K 3 RO 4 + 3 CO2+ 3H2O (2)

ou uma substância pouco dissociada é obtida - H 2 O:

2NaOH + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 H2O(3)

Se considerarmos uma reação reversível, ela prossegue não apenas na direção direta (nas reações 1,2,3 da esquerda para a direita), mas também na direção oposta. Um exemplo de tal reação é a síntese de amônia a partir de substâncias gasosas - hidrogênio e nitrogênio:

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (4)

Nesse caminho, Uma reação química é chamada reversível se ocorre não apenas no sentido direto (→), mas também no sentido inverso (←). e é indicado pelo símbolo (↔).

Característica principal deste tipo reações é que os produtos da reação são formados a partir dos materiais de partida, mas ao mesmo tempo dos mesmos produtos, inversamente, os reagentes de partida são formados. Se considerarmos a reação (4), então em uma unidade relativa de tempo, simultaneamente com a formação de dois mols de amônia, eles se decomporão com três mols de hidrogênio e um mol de nitrogênio. Vamos denotar a velocidade da reação direta (4) pelo símbolo V 1, então a expressão para esta velocidade terá a forma:

V 1 = kˑ [Í 2 ] 3 ˑ , (5)

onde o valor de "k" é definido como a constante de velocidade de uma dada reação, os valores de [H 2 ] 3 e correspondem às concentrações das substâncias de partida elevadas às potências correspondentes aos coeficientes na equação da reação. De acordo com o princípio da reversibilidade, a velocidade da reação inversa terá a expressão:

V 2 = kˑ 2 (6)

No momento inicial de tempo, a velocidade da reação direta leva valor mais alto. Mas gradualmente as concentrações dos reagentes iniciais diminuem e a velocidade da reação diminui. Ao mesmo tempo, a velocidade da reação inversa começa a aumentar. Quando as taxas das reações direta e inversa se tornam as mesmas (V 1 \u003d V 2), vem estado de equilíbrio , no qual não há alteração nas concentrações dos reagentes inicial e formado.

Deve-se notar que algumas reações irreversíveis não devem ser tomadas literalmente. Vamos dar um exemplo da reação mais citada da interação de um metal com um ácido, em particular, zinco com ácido clorídrico:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (7)

De fato, o zinco, quando dissolvido em ácido, forma um sal: cloreto de zinco e gás hidrogênio, mas depois de algum tempo a velocidade da reação direta diminui, à medida que a concentração de sal na solução aumenta. Quando a reação estiver quase cessada, na solução, juntamente com o cloreto de zinco, haverá uma certa quantidade de de ácido clorídrico, então a reação (7) deve ser dada na seguinte forma:

2Zn + 2HCl = 2Zn-Cl + H 2 (8)

Ou no caso da formação de um precipitado insolúvel obtido por vazamento de soluções de Na 2 SO 4 e BaCl 2:

Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (9)

o sal de BaSO 4 precipitado, embora em pequena medida, se dissociará em íons:

BaSO 4 ↔ Ba 2+ + SO 4 2- (10)

Portanto, os conceitos de reações irreversíveis e irreversíveis são relativos. Mas, no entanto, tanto na natureza quanto nas atividades práticas das pessoas, essas reações têm grande importância. Por exemplo, processos de combustão de hidrocarbonetos ou mais complexos matéria orgânica, por exemplo álcool:

CH 4 + O 2 \u003d CO 2 + H 2 O (11)

2C 2 H 5 OH + 5O 2 \u003d 4CO 2 + 6H 2 O (12)

são processos completamente irreversíveis. Seria considerado um sonho feliz da humanidade se as reações (11) e (12) fossem reversíveis! Então seria possível sintetizar gás e gasolina e álcool a partir de CO 2 e H 2 O novamente! Por outro lado, reações reversíveis como (4) ou a oxidação do dióxido de enxofre:

SO 2 + O 2 ↔ SO 3 (13)

são os principais na produção de sais de amônio, ácido nítrico, ácido sulfúrico, etc., tanto compostos inorgânicos quanto orgânicos. Mas essas reações são reversíveis! E para obter os produtos finais: NH 3 ou SO 3, é necessário utilizar métodos tecnológicos como: alterar as concentrações dos reagentes, alterar a pressão, aumentar ou diminuir a temperatura. Mas isso já será assunto do próximo tópico: "Deslocamento do equilíbrio químico".

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REAÇÕES REVERSÍVEIS E IRREVERSÍVEIS.

reversível dentro cinética química Essas reações são chamadas aquelas que ocorrem simultânea e independentemente em duas direções - direta e reversa, mas em velocidades diferentes. Para reações reversíveis, é característico que depois de algum tempo após o início, as velocidades das reações direta e inversa tornam-se iguais e um estado de equilíbrio químico se estabelece.

Todas as reações químicas são reversíveis, mas sob certas condições, algumas delas podem prosseguir apenas em uma direção até que os produtos iniciais desapareçam quase completamente. Tais reações são chamadas irreversível. Normalmente, as reações são irreversíveis nas quais pelo menos um produto da reação é removido da região de reação (no caso de uma reação em soluções, ele precipita ou é liberado na forma de gás), ou reações que são acompanhadas por um grande efeito positivo. efeito térmico. No caso de reações iônicas, a reação é praticamente irreversível se resultar na formação de uma substância muito pouco solúvel ou pouco dissociada.

O conceito de reversibilidade da reação aqui considerado não coincide com o conceito de reversibilidade termodinâmica. Uma reação cineticamente reversível no sentido termodinâmico pode ocorrer de forma irreversível. Para que uma reação seja chamada de reversível no sentido termodinâmico, a velocidade do processo direto deve diferir infinitamente pouco da velocidade do processo reverso e, consequentemente, o processo como um todo deve prosseguir infinitamente lentamente.

Em misturas de gases ideais e em soluções líquidas ideais, as taxas de reações simples (de estágio único) obedecem lei da ação de massa. A velocidade de uma reação química (1.1) é descrita pela equação (1.2), e no caso de uma reação direta, pode ser representada como:

onde é a constante de velocidade da reação direta.

Assim, a velocidade da reação inversa é:

(1.5)

Em equilíbrio, portanto:

(1.6)

Esta equação expressa a lei da ação das massas para o equilíbrio químico em sistemas ideais; K - c o n s t a n t a r a v n o v e s e i.

A constante de reação permite encontrar a composição de equilíbrio da mistura de reação sob determinadas condições.

A lei da ação das massas para as taxas de reação pode ser explicada como segue.

Para que um ato de reação ocorra, é necessária uma colisão das moléculas das substâncias iniciais, ou seja, moléculas devem se aproximar umas das outras a uma distância da ordem tamanho atômico. A probabilidade de encontrar em algum pequeno volume em este momento eu moléculas da substância L, m moléculas da substância M, etc. proporcional a ..... , portanto, o número de colisões por unidade de volume por unidade de tempo é proporcional a este valor; isso implica a equação (1.4).

Reações químicas reversíveis e irreversíveis. equilíbrio químico. Mudança de equilíbrio sob a influência de vários fatores

Equilíbrio químico

As reações químicas que ocorrem na mesma direção são chamadas irreversível.

A maioria dos processos químicos são reversível. Isso significa que, sob as mesmas condições, ocorrem reações diretas e inversas (especialmente se nós estamos falando sobre sistemas fechados).

Por exemplo:

uma reação

$CaCO_3(→)↖(t)CaO+CO_2$

em um sistema aberto é irreversível;

b) a mesma reação

$CaCO_3⇄CaO+CO_2$

em um sistema fechado é reversível.

Vamos considerar com mais detalhes os processos que ocorrem durante reações reversíveis, por exemplo, para uma reação condicional:

Com base na lei da ação das massas, a velocidade da reação direta

$(υ)↖(→)=k_(1) C_(A)^(α) C_(B)^(β)$

Como as concentrações das substâncias $A$ e $B$ diminuem com o tempo, a velocidade da reação direta também diminui.

O aparecimento de produtos de reação significa a possibilidade de uma reação reversa e, com o tempo, as concentrações das substâncias $C$ e $D$ aumentam, o que significa que a velocidade da reação reversa também aumenta:

$(υ)↖(→)=k_(2) C_(C)^(γ) C_(D)^(δ)$

Mais cedo ou mais tarde, chegar-se-á a um estado em que as velocidades das reações direta e inversa se tornarão iguais.

${υ}↖{→}={υ}↖{←}$

O estado de um sistema em que a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa é chamado de equilíbrio químico.

Neste caso, as concentrações dos reagentes e dos produtos da reação permanecem inalteradas. Eles são chamados concentrações de equilíbrio. No nível macro, parece que em geral nada muda. Mas, na verdade, os processos diretos e reversos continuam, mas com velocidade igual. Portanto, esse equilíbrio no sistema é chamado de Móvel e dinâmico.

Constante de equilíbrio

Vamos denotar as concentrações de equilíbrio das substâncias $[A], [B], [C], [D]$.

Então, como $(υ)↖(→)=(υ)↖(←), k_(1) [A]^(α) [B]^(β)=k_(2) [C]^ (γ) [ D]^(δ)$, de onde

$([C]^(γ) [D]^(δ))/([A]^(α) [B]^(β))=(k_1)/(k_2)=K_(igual) $

onde $γ, δ, α, β$ são os expoentes iguais aos coeficientes da reação reversível; $K_(igual)$ é a constante de equilíbrio químico.

A expressão resultante descreve quantitativamente o estado de equilíbrio e é uma expressão matemática da lei da ação das massas para sistemas em equilíbrio.

A uma temperatura constante, a constante de equilíbrio é um valor constante para uma dada reação reversível. Mostra a razão entre as concentrações dos produtos da reação (numerador) e dos materiais de partida (denominador), que é estabelecida no equilíbrio.

As constantes de equilíbrio são calculadas a partir de dados experimentais determinando as concentrações de equilíbrio das substâncias iniciais e produtos da reação a uma certa temperatura.

O valor da constante de equilíbrio caracteriza o rendimento dos produtos da reação, a completude de seu curso. Se $K_(igual) >> 1$ for obtido, isso significa que no equilíbrio $[C]^(γ) [D]^(δ) >> [A]^(α) [B]^( β)$ , isto é, as concentrações dos produtos da reação predominam sobre as concentrações das substâncias iniciais, e o rendimento dos produtos da reação é grande.

Por $K_(igual)

$CH_3COOC_2H_5+H_2O⇄CH_3COOH+C_2H_5OH$

constante de equilíbrio

$K_(igual)=( )/( )$

a $20°С$, tem um valor de $0,28$ (ou seja, menos de $1$). Isso significa que uma parte significativa do éster não foi hidrolisada.

No caso de reações heterogêneas, a expressão da constante de equilíbrio inclui as concentrações apenas daquelas substâncias que estão na fase gasosa ou líquida. Por exemplo, para a reação

a constante de equilíbrio é expressa da seguinte forma:

$K_(igual)=(^2)/()$

O valor da constante de equilíbrio depende da natureza dos reagentes e da temperatura.

A constante não depende da presença de um catalisador, pois altera a energia de ativação das reações direta e inversa na mesma quantidade. O catalisador só pode acelerar o início do equilíbrio sem afetar o valor da constante de equilíbrio.

Mudança de equilíbrio sob a influência de vários fatores

O estado de equilíbrio é mantido por um tempo arbitrariamente longo sob condições externas constantes: temperatura, concentração de substâncias de partida, pressão (se gases estão envolvidos ou formados na reação).

Alterando essas condições, é possível transferir o sistema de um estado de equilíbrio para outro, correspondendo às novas condições. Tal transição é chamada deslocamento ou mudança de equilíbrio.

Considerar jeitos diferentes mudanças de equilíbrio no exemplo da reação da interação de nitrogênio e hidrogênio com a formação de amônia:

$N_2+3H_2⇄2HN_3+Q$

$K_(igual)=(^2)/(^3)$

O efeito de alterar a concentração de substâncias

Quando nitrogênio $N_2$ e hidrogênio $H_2$ são adicionados à mistura de reação, a concentração desses gases aumenta, o que significa que a velocidade da reação direta aumenta. O equilíbrio se desloca para a direita, em direção ao produto da reação, ou seja, para amônia $NH_3$.

A mesma conclusão pode ser tirada analisando a expressão para a constante de equilíbrio. Com o aumento da concentração de nitrogênio e hidrogênio, o denominador aumenta e, como $K_(igual)$ é um valor constante, o numerador deve aumentar. Assim, a quantidade do produto de reação $NH_3$ aumentará na mistura de reação.

Um aumento na concentração do produto da reação de amônia $NH_3$ deslocará o equilíbrio para a esquerda, em direção à formação das substâncias iniciais. Esta conclusão pode ser tirada com base em raciocínio semelhante.

Efeito da mudança de pressão

Uma mudança na pressão afeta apenas os sistemas em que pelo menos uma das substâncias está em estado gasoso. À medida que a pressão aumenta, o volume dos gases diminui, o que significa que sua concentração aumenta.

Suponha que a pressão em um sistema fechado seja aumentada, por exemplo, em $ 2 vezes. Isso significa que as concentrações de todas as substâncias gasosas ($N_2, H_2, NH_3$) na reação que estamos considerando aumentarão em $2$ vezes. Nesse caso, o numerador na expressão para $K_(igual)$ aumentará 4 vezes e o denominador - $ 16$ vezes, ou seja, o equilíbrio será perturbado. Para restaurá-lo, a concentração de amônia deve aumentar e as concentrações de nitrogênio e hidrogênio devem diminuir. A balança se deslocará para a direita. Uma mudança na pressão praticamente não tem efeito sobre o volume de líquido e sólidos, ou seja não altera sua concentração. Portanto, o estado de equilíbrio químico das reações nas quais os gases não participam é independente da pressão.

Efeito da mudança de temperatura

Com o aumento da temperatura, como você sabe, as taxas de todas as reações (exo e endotérmicas) aumentam. Além disso, um aumento na temperatura tem um efeito maior na velocidade das reações que têm uma grande energia de ativação e, portanto, endotérmicas.

Assim, a velocidade da reação inversa (endotérmica em nosso exemplo) aumenta mais do que a velocidade da reação direta. O equilíbrio se deslocará para o processo, acompanhado pela absorção de energia.

A direção do deslocamento de equilíbrio pode ser prevista usando o princípio de Le Chatelier (1884):

Se uma influência externa é exercida em um sistema em equilíbrio (concentração, pressão, mudanças de temperatura), então o equilíbrio se desloca na direção que enfraquece essa influência.

Vamos tirar conclusões:

• com o aumento da concentração de reagentes, o equilíbrio químico do sistema se desloca para a formação de produtos de reação;
• com um aumento na concentração de produtos de reação, o equilíbrio químico do sistema se desloca para a formação de substâncias de partida;
• com o aumento da pressão, o equilíbrio químico do sistema se desloca para a reação em que o volume de substâncias gasosas formadas é menor;
• à medida que a temperatura aumenta, o equilíbrio químico do sistema muda para uma reação endotérmica;
• quando a temperatura cai - na direção do processo exotérmico.

O princípio de Le Chatelier é aplicável não apenas a reações químicas, mas também a muitos outros processos: evaporação, condensação, fusão, cristalização, etc. Na produção dos produtos químicos mais importantes, o princípio de Le Chatelier e cálculos decorrentes da lei de a ação em massa possibilita encontrar tais condições para a realização de processos químicos que proporcionem o rendimento máximo da substância desejada.

Reações reversíveis- reações químicas que, em determinadas condições, ocorrem simultaneamente em duas direções opostas (para frente e para trás), as substâncias iniciais não são completamente convertidas em produtos. por exemplo: 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3

A direção das reações reversíveis depende das concentrações de substâncias - participantes da reação. Após a conclusão da reação reversível, ou seja, ao atingir equilíbrio químico, o sistema contém materiais de partida e produtos de reação.

Uma reação reversível simples (de um estágio) consiste em duas reações elementares ocorrendo simultaneamente, que diferem uma da outra apenas na direção da transformação química. direção disponível observação direta A reação final é determinada por qual dessas reações recíprocas tem maior velocidade. Por exemplo, uma reação simples

N 2 O 4 ⇆ 2NO 2

formada por reações elementares

N 2 O 4 ⇆ 2NO 2 e 2NO 2 ⇆ N 2 O 4

Para a reversibilidade de uma reação complexa (multi-estágios), é necessário que todos os seus estágios constituintes sejam reversíveis.

Por reações reversíveis a equação é geralmente escrita como segue A + B AB.

Duas setas em direções opostas indicam que, nas mesmas condições, as reações direta e inversa ocorrem simultaneamente.

irreversível chamados tais processos químicos, cujos produtos não são capazes de reagir uns com os outros com a formação de substâncias de partida. Do ponto de vista Termodinâmica - as coisas originais, você é completamente convertido em produtos. Exemplos de reações irreversíveis são a decomposição do sal de Berthollet no aquecimento 2KClO3 > 2KCl + 3O2,

Irreversíveis são tais reações, durante as quais:

1) os produtos formados deixam a esfera de reação - eles precipitam como um precipitado, são liberados como um gás, por exemplo, ВаСl 2 + Н 2 SO 4 \u003d ВаSO 4 ↓ + 2НCl Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 ↓ + H 2 O

2) forma-se um composto ligeiramente dissociado, por exemplo água: HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

3) a reação é acompanhada por uma grande liberação de energia, por exemplo, a combustão do magnésio

Mg + 1/2 O 2 = MgO, ∆H = -602,5 kJ/mol

O equilíbrio químico é o estado de um sistema de reação no qual as velocidades das reações direta e inversa são iguais.

Concentração de equilíbrio de substâncias são as concentrações de substâncias na mistura de reação que estão em um estado de equilíbrio químico. A concentração de equilíbrio é indicada pela fórmula química da substância entre colchetes.

Por exemplo, a entrada a seguir significa que a concentração de equilíbrio de hidrogênio no sistema de equilíbrio é 1 mol/L.

Equilíbrio químico diferente do nosso conceito usual de "equilíbrio". O equilíbrio químico é dinâmico. Em um sistema que está em estado de equilíbrio químico, ocorrem reações diretas e inversas, mas suas velocidades são iguais e, portanto, as concentrações das substâncias envolvidas não mudam. O equilíbrio químico é caracterizado por uma constante de equilíbrio igual à razão das constantes de velocidade das reações direta e inversa.

As constantes de velocidade das reações direta e inversa são as velocidades de uma dada reação nas concentrações das substâncias iniciais para cada uma delas em unidades iguais. Além disso, a constante de equilíbrio é igual à razão das concentrações de equilíbrio dos produtos da reação direta em potências de coeficientes estequiométricos para o produto das concentrações de equilíbrio dos reagentes.

H2 + I2 \u003d 2HI

Se um , então há mais substâncias iniciais no sistema. Se um , então há mais produtos de reação no sistema. Se a constante de equilíbrio for significativamente maior que 1, tal reação é chamada de irreversível.

A posição de equilíbrio químico depende dos seguintes parâmetros de reação: temperatura, pressão e concentração das substâncias. A influência que esses fatores exercem sobre uma reação química obedece ao padrão que estava em visão geral expresso em 1884 pelo físico-químico francês Le Chatelier, confirmado no mesmo ano pelo físico-químico holandês Van't Hoff. A formulação moderna do princípio de Le Chatelier é a seguinte : se o sistema está em estado de equilíbrio, então qualquer impacto, que se expressa em uma mudança em um dos fatores que determinam o equilíbrio, provoca uma mudança nele, buscando enfraquecer esse impacto.

No princípio de Le Chatelier, estamos falando do deslocamento do estado de equilíbrio químico dinâmico, esse princípio também é chamado de princípio do equilíbrio móvel, ou princípio do deslocamento do equilíbrio.

Considere o uso deste princípio para vários casos:

O efeito da temperatura. Quando a temperatura muda, o deslocamento do equilíbrio químico é determinado pelo sinal efeito térmico reação química. No caso de uma reação endotérmica, ou seja, uma reação que ocorre com a absorção de calor, o aumento da temperatura contribui para sua ocorrência, pois a temperatura diminui no decorrer da reação. Como resultado, o equilíbrio se desloca para a direita, as concentrações de produtos aumentam e seu rendimento aumenta. Se a temperatura diminui, então o quadro inverso é observado: o equilíbrio se desloca para a esquerda (em direção à reação inversa que ocorre com a liberação de calor), a concentração e o rendimento dos produtos diminuem.

Para uma reação exotérmica, pelo contrário, um aumento na temperatura leva a um deslocamento do equilíbrio para a esquerda, e uma diminuição na temperatura leva a um deslocamento do equilíbrio para a direita.

Mudanças na concentração de produtos e reagentes devem-se ao fato de que quando a temperatura muda, a constante de equilíbrio da reação muda. Um aumento na constante de equilíbrio leva a um aumento no rendimento de produtos, uma diminuição a uma diminuição.

Assim, por exemplo, o aumento de temperatura no caso do processo endotérmico de decomposição do carbonato de cálcio CaCO 3 (t) Û CaO(t) + CO 2 (g) − Q causa um deslocamento do equilíbrio para a direita e, no caso de uma reação exotérmica da decomposição do monóxido de nitrogênio em substâncias simples
2NO Û N 2 + O 2 +Q um aumento na temperatura desloca o equilíbrio para a esquerda, ou seja, promove a formação de NO.

Influência da pressão. A pressão tem um efeito notável no estado de equilíbrio químico apenas nos casos em que pelo menos um dos participantes da reação química é um gás. Um aumento na pressão em tais sistemas é acompanhado por uma diminuição no volume e um aumento na concentração de todos os participantes gasosos na reação.

Se durante a reação direta a quantidade de substâncias gasosas aumenta, então um aumento na pressão leva a um deslocamento do equilíbrio para a esquerda (a quantidade de gases diminui durante a reação inversa). Se durante a reação a quantidade de substâncias gasosas diminui, com o aumento da pressão, o equilíbrio se desloca para a direita. Se as quantidades de reagentes e produtos gasosos são iguais, a mudança na pressão não leva a uma mudança no equilíbrio químico.

Deve-se notar que uma mudança na pressão não afeta a constante de equilíbrio.

Influência da concentração. De acordo com o princípio de Le Chatelier, um aumento na concentração de um dos participantes da reação deve levar ao seu consumo. Assim, se um reagente for adicionado ao sistema em V = const, o equilíbrio se deslocará para a direita, e se o produto da reação, para a esquerda. A remoção de uma ou outra substância do sistema (reduzindo sua concentração) tem o efeito oposto.

Todos os itens acima se aplicam a soluções líquidas e gasosas (misturas de gases)