Обратимые и необратимые реакции.
Константа равновесия
В ходе самопроизвольного процесса энергия Гиббса уменьшается до определенной величины, принимая минимально возможное для данной системы значение Gmin. Дальнейшее изменение энергии Гиббса при неизменных условиях становится невозможным, система переходит в состояние химического равновесия. При его наступлении она не может больше совершать полезную работу, поэтому термодинамическим критерием установления равновесия является следующее уравнение:
∆G = 0
Таким образом, любая химическая реакция протекает самопроизвольно только в направлении, приближающем систему к состоянию равновесия. Причем движущей силой данного процесса является изменение изобарно-изотермического потенциала системы ∆G. Чем ∆G меньше, тем дальше система находится от состояния равновесия и тем более она реакционноспособна. Равновесие может существовать только для обратимых реакций.
По признаку обратимости все химические реакции делятся на обратимые и необратимые.
Необратимые химические реакции при данных условиях самопроизвольно протекают только в одном направлениии при этом получившиеся продукты не взаимодействуют друг с другом с образованием исходных веществ. В связи с этим необратимые реакции заканчиваются либо полным расходованием всех исходных веществ (если они взяты в стехиометрическом соотношении), либо – одного из них, находящегося в недостатке (если исходные вещества взяты в нестехиометрическом соотношении). Реакция с высокой долей вероятности будет необратимой, если при ее протекании выделяется илизатрачивается большое количество энергии. Исходя из этого, необратимыми являются реакции горения, многие реакции термического разложения сложных веществ, например:
С+ О2=СО2+Q
СН4+ 2О2=СО2+2Н2О+ Q
Необратимыми также могут быть реакции, при протекании которых один из продуктов удаляется из сферы реакции в виде осадка либо газа. Это особенно характерно для реакций обмена между электролитами, находящимися в растворенном состоянии, например:
Большинство химических реакцийявляются обратимыми. Обратимые реакции протекают одновременнов двух противоположных направлениях и не заканчиваются полным расходованием всех, либо одного из исходных веществ, поэтому вместо знака равенства « = » в уравнениях таких реакций ставится знак обратимости« » (« ↔ »).
В начальный момент времени (когда в системе присутствуют только исходные вещества) протекает лишь прямая реакция, идущая слева направо. Скорость ее при этом будет максимальной, но в дальнейшем (по мере расходования исходных веществ и уменьшения их концентрации) скоростьпрямой реакциибудет падать (рис. 13).
В результате протекания прямой реакции в системе появятся и начнут накапливаться конечные вещества, которые будут взаимодействовать между собой. Это приведет к возникновению обратной реакции, идущей справа налево. Скорость ее в начальный момент времени будет равна нулю, но затем (в связи с увеличениемконцентрации конечных веществ) начнет плавно возрастать (рис. 13).
С течением времени, любая обратимая реакция заканчивается установлением химического равновесия, т.е. такого состояния системы, при котором скорости прямой и обратной реакции становятся равными (рис. 13). Такое равновесие называется динамическим или подвижным, т.к. обе реакции не прекра-