Условия химического равновесия в гетерогенных химических реакциях.

Гетерогенными называются химические реакции, протекающие на границе раздела фаз. Когда скорости прямой и обратной гетерогенных реакций становятся равными, то наступает химическое равновесие в гетерогенной системе, т.е. гетерогенное химическое равновесие.

Например: пароводяная конверсия углерода

С(к) + 2Н₂О(г) СО₂(г) + 2Н₂(г)

или термическое разложение известняка:

СаСО₃(к)СаО(к) + СО₂(г)

Энергия Гиббса этих реакций равна нулю (ΔG = 0), как основное условие любого химического равновесия. Для расчета энергии Гиббса необходимо воспользоваться термодинамическими функциями реагирующих веществ, с учетом агрегатного состояния вещества и стехиометрических коэффициентов в реакции.

Константа равновесия. Как и в случае гомогенного равновесия, константа гетерогенного химического равновесия равна отношению произведения равновесных концентраций или парциальных давлений продуктов реакций к произведению равновесных концентраций или парциальных давлений исходных веществ в степенях стехиометрических коэффициентов, как продуктов реакции, так и исходных веществ. Исходя из этого определения, константы гетерогенного химического равновесия будут выражаться следующим образом: С(к) + 2Н₂О(г)СО₂(г) + 2Н₂(г)

СаСО₃(к) СаО(к) + СО₂

К_равн. = [рСО₂],

где р – парциальное давление

Как видно, в уравнения констант гетерогенного химического равновесия не входят вещества в твердом агрегатном состоянии, участвующими, как в прямой, так и в обратной реакции.

Это положение – основная особенность гетерогенного химического равновесия.

Так как прямая и обратная реакция протекают на одной и той же поверхности, то площадь не входит в выражение константы химического равновесия.

Константа гетерогенного химического равновесия зависит от температуры: с увеличением температуры константа возрастает в случае эндотермической прямой реакции (ΔН > 0) и уменьшается с увеличением температуры в случае экзотермической прямой реакции (ΔН < 0).

Принцип Ле-Шателье. Ранее был сформулирован принцип Ле-Шателье и приведены условия смещения химического равновесия в гомогенных системах. Гетерогенное химическое равновесие также подчиняется принципу Ле-Шателье:

а) при повышении давления или концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, при повышении концентрации или давления продуктов реакции равновесие смещается в сторону обратной реакции.

б) при повышении температуры гетерогенное химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции; при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции.

в) при повышении общего давления равновесие смещается в направлении уменьшения числа молекул газообразных веществ и, наоборот, при уменьшении общего давления равновесие смещается в сторону увеличения числа молекул газообразных веществ.

Из всего сказанного следует, что твердые исходные вещества и продукты реакции не влияют на смещение гетерогенного равновесия.