Константа рівноваги

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Конста́нта рівнова́ги — кількісна характеристика хімічної рівноваги, що описує ймовірність перебігу реакції. Константа обчислюється як відношення добутку концентрації продуктів реакції (або їхніх парціальних тисків) до добутку концентрації вихідних речовин із їхніми стехіометричними коефіцієнтами у степенях. Наприклад, для реакції

aA + bB cC + dD

константа рівноваги обчислюватиметься як

Значення константи хімічної рівноваги залежить від температури та природи речовин у реакції. Воно пов'язане зі зміною вільної енергії Гіббса:

ΔG = -RT · ln K

За константою рівноваги можна з'ясовувати напрямок перебігу реакції, концентрації реактантів і вихід продуктів за певних умов.

Константою рівноваги також може називатися відношення молярної частки уі і-ого компонента багатокомпонентної системи в газовій фазі до молярної частки хі цього ж компонента в рідинній фазі при даних тиску і температурі або відношення тиску насиченої пари рі і-ого компонента багатокомпонентної системи при заданій температурі до тиску р в багатокомпонентній системі при цій же температурі.

Виведення[ред.ред. код]

Динамічне[ред.ред. код]

Відповідно до закону діючих мас швидкість реакції є пропорційною до добутку концентрацій вихідних речовин та їхніх коефіцієнтів у реакції як степенів:

v = k · [A]a[B]b,
де k — коефіцієнт пропорційності.

В момент початку реакції продукти відсутні, тому швидкість зворотної реакції дорівнює нулю. В ході взаємодії вихідні реактанти поступово перетворюються на продукти, а ті в свою чергу реагують у зворотному напрямку. За деякий час наступає момент, коли кількість утворюваних продуктів та тих, що розкладаються, є рівною, тобто швидкість прямої реакції (1) дорівнює швидкостю зворотної (2):

v1 = v2

Так, для реакції

aA + bB cC + dD

ця рівність швидкостей набуде вигляду

k1 · [A]a[B]b = k2 · [C]c[D]d

Оскільки коефіцієнти у законі діючих мас є сталими значеннями, то їхнє відношення також буде сталою величиною:

Отримана величина і є константою рівноваги.

Термодинамічне[ред.ред. код]

Хімічна рівновага у системі наступає в момент, коли вільна енергія Гіббса (вільна ентальпія) реактантів дорівнює енергії продуктів реакції:

gреакт = gпрод

Якщо у системі знаходяться кілька речовин, то сумарна вільна енергія обчислюється як сума вільних енергій окремих компонентів:

g = g1 + g2 + g3 + ...

Оскільки вільна енергія молярною величною (g = n · G), запис набуває вигляду:

g = n1G1 + n2G2 + n3G3 + ...

В ідеальному розчині молярна вільна енергія Гіббса залежить від концентрації розчиненої речовини:

G = G0 + RT · ln[S],
де S — концентрація речовини у розчині;
G0 — стандартна вільна енергія (при [S]=1 моль/л)
R — газова стала;
T — абсолютна температура.

Рівність вільних енергій для реактантів і продуктів типової реакції

aA + bB cC + dD

можна записати у вигляді:

a(G0a + RT · ln[A]) + b(G0b + RT · ln[B]) = c(G0c + RT · ln[C]) + d(G0d + RT · ln[D])
aG0a + bG0b - cG0c - dG0d = -aRT · ln[A] - bRT · ln[B] + cRT · ln[C] + dRT · ln[D]
aG0a + bG0b - cG0c - dG0d = -ΔG
-ΔG = RT · ln

За звичайних ізобарно-ізотермічних умов значення ΔG є сталим, тому логарифм відношення концентрацій також є сталим:

, звідки

Джерела[ред.ред. код]