Например, для обратимой реакции

Константа равновесия

 

Количественной характеристикой равновесного состояния является величина, называемая константой равновесия (К). В состоянии равновесия состав системы не меняется, то есть концентрации реагентов и продуктов реакции остаются постоянными (они называются равновесными).

В 1864 году норвежские ученые К. Гульдберг и П. Вааге сформулировали закон действующих масс (ЗДМ):отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ (реагентов) в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, при Т = const, является величиной постоянной.

 

аА + bВ сС + dD

 

закон действующих масс имеет вид

 

 

или, если вещества – газы,

 

,

где [A], [В] и т. д. – равновесные концентрации веществ (моль/л);

РА, РВ и т.д... – парциальные давления газов.

 

Например, для реакции 2СН4 (г) С2Н2 (г) + 3Н2 (г)

 

закон действующих масс имеет вид

 

или .

 

Если все реагенты газообразны и их поведение подчиняется законам идеальных газов, то связь между КР и КС можно выразить уравнением:

,

 

где Δn - изменение числа молей газов в результате реакции; так что для рассматриваемой реакции

Δn = (1 + 3) - 2 = 2 и .

 

Константа равновесия обладает тем свойством, что она не зависит от концентрации реагентов и продуктов. Это значит, что увеличение концентрации одного из веществ приводит к такому изменению концентрации других веществ, что константа равновесия остается неизменной. Если увеличить [A], то [B] уменьшится, а [C] и [D] увеличатся. В то же время константа равновесия зависит от температуры: с увеличением температуры она увеличивается для эндотермических и уменьшается для экзотермических реакций.

В выражение ЗДМ включаются только концентрации растворов, концентрации или давления газов; конденсированные вещества в собственной фазе (Н2Ож, КСlт и т.п.) в формулу не включаются. Например, для реакции

 

Fe2O3 (т) + 3H2 (г) = 2Fe (т) + 3H2O (ж) ; .

 

Так как Fe2O3 , Fe и H2O - конденсированные вещества, то равновесие реакции зависит только от концентрации Н2.

Константа равновесия - важнейшая термодинамическая характеристика реакции. По величине константы равновесия (К) можно судить о степени протекания реакции. При очень большом значении К равновесие реакции сильно сдвинуто вправо (в сторону продуктов), а при очень низком значении К реакция протекает в очень незначительной степени и равновесная смесь содержит преимущественно реагенты. Кроме того, по величине К можно вычислять концентрации реагентов и продуктов при достижении равновесия и, как будет показано ниже, DG реакции.