ЗАКОН ДІЙСНИХ МАС
Розглянемо зворотну реакцію загального вигляду
Експериментальні дослідження показують, що стан рівноваги виконується таке співвідношення:
(квадратні дужки означають концентрацію). Наведене співвідношення є математичним виразом закону діючих мас, або закону хімічної рівноваги, згідно з яким у стані хімічної рівноваги при певній температурі добуток концентрацій продуктів реакції в ступенях, показники
яких дорівнюють відповідним коефіцієнтам у стехіометричному рівнянні реакції, поділений на аналогічний добуток концентрацій реагентів у відповідних ступенях, являє собою постійну величину. Ця постійна називається константою рівноваги. Вираз константи рівноваги через концентрації продуктів і реагентів притаманно реакцій у розчинах.
Зазначимо, що права частина виразу для константи рівноваги містить лише концентрації розчинених речовин. Вона не повинна включати жодних членів, що відносяться до чистих твердих речовин, чистих рідин, розчинників, що беруть участь у реакції, оскільки ці члени постійні.
Для реакцій за участю газів константа рівноваги виражається через парціальний тиск газів, а не через їх концентрацію. І тут константу рівноваги позначають символом .
Концентрацію газу можна виразити через його тиск за допомогою рівняння стану ідеального газу (див. Розд. 3.1):
З цього рівняння випливає
де - Концентрація газу, яку можна позначити як [газ]. Оскільки -постійна величина, можна записати, що за заданої температури
Виразимо константу рівноваги для реакції між воднем та йодом через парціальний тискцих газів.
Рівняння зазначеної реакції має вигляд
Отже, константа рівноваги цієї реакції визначається виразом
Звернемо увагу на те, що концентрації або парціальні тиску продуктів, тобто речовин, зазначених у правій частині хімічного рівняння, завжди утворюють чисельник, а концентрації або парціальні тиску реагентів, тобто речовин, зазначених у лівій частині хімічного рівняння, завжди утворюють знаменник виразу для константи рівноваги.
Одиниці виміру для константи рівноваги
Константа рівноваги може бути розмірною чи безрозмірною величиною залежно від виду її математичного вираження. У наведеному вище прикладі константа рівноваги є безрозмірною величиною, оскільки чисельник та знаменник дробу мають однакові розмірності. В іншому випадку константа рівноваги має розмірність, що виражається в одиницях концентрації або тиску.
Яка розмірність константи рівноваги для наступної реакції?
Константа рівноваги зазначеної реакції визначається виразом
Отже, вона має розмірність (моль-дм-3)
Отже, розмірність константи рівноваги, що розглядається, або дм3/моль.
Яку розмірність має константа рівноваги для наступної реакції?
Константа рівноваги зазначеної реакції визначається виразом
Отже, вона має розмірність
Отже, розмірність цієї константи рівноваги: атм чи Па.
Гетерогенні рівноваги
Досі ми наводили приклади лише гомогенних рівноваг. Наприклад, реакції синтезу йодоводороду і продукт, і обидва реагенти знаходяться в газоподібному стані.
В якостіприклад реакції, що призводить до гетерогенної рівноваги, розглянемо термічну дисоціацію карбонату кальцію
Константа рівноваги цієї реакції визначається виразом
Зазначимо, що до цього виразу не входять жодні члени, що належать до двох твердих речовин, що беруть участь у реакції. У наведеному прикладі константа рівноваги є тиск дисоціації карбонату кальцію. Вона показує, що якщо карбонат кальцію нагрівають у закритій посудині, його тиск дисоціації при фіксованій температурі не залежить від кількості карбонату кальцію. У наступному розділі ми дізнаємося, як константа рівноваги змінюється залежно від температури. У цьому прикладі тиск дисоціації перевищує 1 атм лише при температурі вище Тому для того, щоб діоксид
вуглецю міг вивільнятися в атмосферу, необхідно нагрівати карбонат кальцію до вказаної температури.
Гідрати солей
Термічна дисоціація таких гідратних солей, як призводить до послідовного утворення нижчих гідратів та безводних солей. На кожній стадії над твердою фазою встановлюється певний тиск водяної пари. Константа рівноваги для кожної стадії цієї дисоціації визначається виразом
де х - число молей водяної пари, що утворюється при дисоціації гідрату. Наприклад, пентагідрат сульфату дисоціює у три стадії:
На першій стадії утворюють так звану гідратну пару. Гідратною парою на другій стадії є