Хемиска рамнотежа

При хемиски процес, хемиска рамнотежа е состојба при која хемиските активности или концентрации на реактантите и производот не се менуваат. Хемиската рамнотежа претставува крајна состојба во течењето на една хемиска реакција. По воспоставувањето на хемиската рамнотежа, количествата на реактантите и на производите на реакцијата повеќе не се менуваат, а тоа е случај како во повратните така и во неповратните реакции. Општата ознака за константата на хемиската рамнотежа е К при што со долен индекс се означува кои величини влегуваат во изразот за константата. На пример, ако константата на хемиската рманотежа се изразува преку концентрациите на учесниците во хемиската реакција, тогаш таа константа се означува како К^c.

Опис

Иако хемиската рамнотежа е состојба во која не се менува количеството на реактантите и на производите на реакцијата, тоа не значи дека во системот не се случува ништо. Напротив, честичките од реактантите и понатаму се претвораат во честички од производите само што не се менуваат количествата на реактантите и производите. Со други зборови, хемиската рамнотежа има динамички карактер. Хемиската рамнотежа се воспоставува кога Гибсовата енергија на реакциониот систем ќе стане најмала, а тогаш реакционата Гибсова енергија станува еднаква на нула. Тука, при соодветната вредност на досегот на реакцијата, таа престанува, иако тоа не е крај на она што се случува на молекуларно ниво. Дури и кога ќе се воспостави хемиска рамнотежа, честичките од реактантите ќе се претвораат во честички од производите и обратно.

Повратни реакции

Кога една повратна хемиска реакција ќе доведе до состојба на рамнотежа, во системот ќе има конечни, поголеми или помали, количества од сите реактанти кои понатаму нема да се менуваат. Повратната реакција претставува истовремено протечување на две реакции: едната во која од реактанти се образуваат производи (директна рекација) и друга во која од продукти се образуваат реактанти (обратна реакција). Во состојбата на рамнотежа, брзината на директната реакција е еднаква на брзината на обратната реакција.

Константа на хемиската рамнотежа

Кога повратната реакција ќе доведе до состојба на хемиска рамнотежа, со помош на рамнотежните концентрации на одделните реактанти и производи на реакцијата може да се дефинира таканаречената константа на хемиската рамнотежа. Оваа константа претставува однос (количник) меѓу производот на концентрациите на продуктите на реакцијата и производот од концентрациите на реактантите. Исто така, со помош на рамнотежните концентрации, константите на рамнотежата можат да се изразат и преку рманотежните вредности на други величини, како на пример, со вредностите на молските удели. Константите на хемиската рамнотежа само по исклучок се бездимензионални големини (чисти броеви). Всушност, единиците за константите на хемиската рамнотежа зависат од тоа колкави се стехиометриските коефициенти на одделните учесници во реакционата равенка. Константите на хемиската рманотежа имаат постојана вредност само при определени услови. На пример, константите на рамнотежа се менуваат при промена на температурата.

Поместување на рамнотежата

Ако се промени количеството на некој учесник во хемиската реакција, по определено време се воспоставува поинаква состојба на рманотежа со поинакви рамнотежни концентрации на учесниците во реакцијата. На пример, ако се зголеми концентрацијата на еден реактант, тогаш константата на рамнотежата се нарушува и за да се воспостави нова рманотежа, мора да се промени целокупнито состав на системот. Така, по зголемувањето на концентрацијата на еден реактант, во системот ќе има повеќе продукти на реакцијата отколку пред додавањето на реактантот. При воспоставувањето на новата рамнотежа, всушност, се зголемува броителот во изразот за константата на рамнотежата, а поголем ќе биде и досегот на реакцијата. На тој начин, рамнотежата се поместила кон десно, т.е. кон поголеми вредности за досегот на реакцијата. До поместување на рамнотежата кон десно ќе дојде и ако се намали концентрацијата на некој од продуктите на реакцијата. Обратно, ако се зголеми концентрацијата на некој од продуктите на хемиската реакција или ако се намали концентрацијата на некој реактант, рамнотежата ќе се помести кон лево (кон помали вредности на досегот на реакцијата).

Влијанието на температурата и притисокот врз константата на рамнотежата

Константата на хемиската рамнотежа има постојана вредност само при определени услови. Притоа, константата на рамнотежата се менува при промена на температурата, а често и при промена на притисокот во реакциониот систем. Исто така, константата на рамнотежата зависи и од составот на системот. Во некои случаи, врската меѓу температурата и константата на рамнотежата е јасно изразена. На пример, при дисоцијацијата на сулфур триоксидот, при температура од 400 К, константата на рамнотежата е за 24 000 пати поголема отколку при температура од 298 К. Во други хемиски реакции, врската меѓу константата на рамнотежата и температурата не е толку изразена. Дали константата на рамнотежата ќе се зголемува или намалува при пораст на температурата зависи од тоа дали реакцијата е егзотермна или ендотермна. Ако реакцијата е егзотермна, зголемувањето на температурата доведува до поместување на рамнотежата кон лево (конобразување помалку продукти). Спротивно, ако реакцијата е ендотермна, повеќе продукти се образуваат на повисока температура, т.е. со зголемување на температурата, рамнотежата се поместува кон десно. Зависноста на константата на рамнотежата од температурата е поголема колку е поголем (во апсолутна вредност) топлинскито ефект на реакцијата. Тоа значи дека со промена на температурата, повеќе ќе се променат константите на рамнотежата на реакциите што се силно егзотермни или силно ендотермни. Промената на притисокот влијае врз константата на рамнотежата кај реакциите што се случуваат во гасовита фаза или во оние реакции каде барем некои од учесниците се во гасовита состојба. Влијанието на притисокот врз константата на рамнотежата е поизразено ако збирот на стехиометриските коефициенти на гасовитите реактанти е различен од збирот на стехиометриските коефициенти на гасовитите продукти. Притоа, ако збирот на стехиометриските коефициенти за гасовитите продукти е поголем од збирот на стехиометриските коефициенти на гасовитите реактанти, хемиската рамнотежа се поместува кон лево при покачување на притисокот, додека повеќе продукти се добиваат при намалување на притисокот. Наспроти тоа, ако збирот на стехиометриските коефициенти на продуктите е помал од збирот на стехиометриските коефициенти на реактантите, тогаш зголемувањето на притисокот предизвикува поместување на рамнотежата кон десно, а неговото намалување ја поместува рамнотежата кон лево.

Принципот на Ле Шателје и Браун

Принципот на Шателје и Браун гласи: Кога со надворешно влијание ќе се измени некоја од величините од кои зависи рамнотежата во еден систем, во него ќе настапат промени што доведуваат до намалување на надворешното влијание. На пример, кога хемиската реакција е егзотермна, образувањето продукти предизвикува ослободување топлина во околината. Обратно, ако на реакциониот систем му се додаде топлина, тој ќе реагира така што во него ќе се создаваат помалку продукти, неутрализирајќи го надворешното влијание. Обратно е однесувањето на реакциониот систем, ако реакцијата е ендотермна. Од друга страна, ако збирот на стехиометриските кеофициенти за гасовитите продукти е поголем од збирот на стехиометриските коефициенти за гасовитите реактанти, со течењето на реакцијата бројот на молекулите во гасната фаза се зголемува, а тоа ќе доведе до зголемување на волуменот на рамнотежниот систем (ако притисокот е константен). Ако, пак, се намали надворешниот притисок, волуменот на гасната фаза ќе се зголеми уште повеќе. На надворешното влијание, системот реагира така што при понизок притисок ќе се образуваат повеќе продукти. И во овој случај, зголемувањето на притисокот има обратен ефект — се добиваат помалку продукти. Се разбира, ефектите се спротивни кај хемиските реакции во кои збирот на стехиометриските коефициенти за продуктите е помал од збирот на стехиометриските коефициенти за реактантите. Притоа, принципот на Ла Шателје и Браун не се однесува само на хемиските реакции, туку може да се примени и на другите процеси, како: топењето, испарувањето итн.

Хетерогена рамнотежа

Ако во рамнотежа се наоѓаат цврсти и гасовити учесници во реакцијата, константата на рамнотежата се сведува на рамнотежната концентрација на гасот, бидејќи концентрацијата на цврстата супстанција е постојана и не зависи од температурата или од притисокот. Затоа, доколку се зголеми температурата или притисокот, додавањето на цврстата супстанција во реакциониот систем нема да ја измени состојбата на рамнотежа. Друг важен случај на хетерогена рамнотежа е оној кога во реакциониот систем постои тешко растворлива цврста супстанција и заситен раствор во кој се наоѓаат јони образувани со дисоцијација на растворениот дел од супстанцијата. Во овој случај, рамнотежата меѓу цврстата супстанција и растворот ќе се помести налево, односно кон образување на тешко растворливата супстанција. Овој ефект е познат како ефект на заедничкиот јон.