§ 22. Химическое равновесие
Химические свойства веществ вы в большинстве случаев изучали на примере необратимых реакций, то есть превращений, протекающих в определённых условиях только в одном направлении. Такие реакции заканчиваются, когда хотя бы один из реагентов полностью превращается в продукт. Если реагенты взяты в стехиометрическом соотношении, то реакция заканчивается при полном превращении всех исходных веществ.
Изучив материал § 18, вы узнали, что существует множество обратимых реакций, которые в определённых условиях проведения протекают как в прямом, так и в обратном направлениях одновременно. В результате реакции протекают не «до конца», а до состояния равновесия. При изменении условий протекания обратимой реакции её обычно можно провести преимущественно в прямом или обратном направлении.
В качестве примера рассмотрим обратимую реакцию синтеза йодоводорода из газообразных простых веществ при температуре 450 °С:
В начале реакции в сосуде находятся только водород H2 и йод I2.
прямой и обратной реакции в ходе синтеза HI
В ходе реакции их количество постепенно уменьшается. Вследствие этого скорость прямой реакции образования HI также уменьшается (рис. 49).
Одновременно увеличивается количество йодоводорода, вследствие чего скорость обратной реакции (разложения HI) постепенно увеличивается. Через некоторое время скорости и прямой, и обратной реакций становятся одинаковыми и более не изменяются: прям. = обратн.
Такое состояние называется подвижным химическим равновесием, или просто химическим равновесием.
Химическое равновесие — это устойчивое состояние реакционной смеси, при котором прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью. В состоянии химического равновесия концентрации реагентов и продуктов реакции не изменяются со временем и называются равновесными.
Химическое равновесие устанавливается независимо от того, как осуществляется процесс — слева направо или справа налево. Если в реактор поместить йодоводород вместо смеси H2 и I2 и нагреть его до 450 °С, то через некоторое время скорость реакции разложения HI сравняется со скоростью реакции синтеза HI. Получится равновесная смесь с таким же соотношением количеств H2, I2 и HI, как в случае, если бы в качестве исходных веществ реагентов была взята смесь H2 и I2.