Chemická rovnováha

Rovnováha je dynamická

Pro obecnou reakci aA + bB ⇌ cC + dD může zpočátku převládat přímý směr, ale s tvorbou produktů roste možnost reakce zpětné. V rovnováze jsou rychlosti stejné, nikoli nutně koncentrace.

Stálé složení neznamená stejné množství reaktantů a produktů. Poloha rovnováhy vychází z termodynamiky systému a může výrazně zvýhodnit jednu stranu.

K popisuje rovnovážný stav

Pro jednoduchý koncentrační zápis K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), ale přesná termodynamika používá bezrozměrné aktivity. Čisté pevné látky a kapaliny mají ve standardním přiblížení aktivitu blízkou 1.

Hodnota K pro danou reakci závisí na teplotě. Změna počátečních množství K nemění; mění cestu a konečné složení, které musí splnit rovnovážnou podmínku.

Q určuje směr potřebné změny

Reakční kvocient Q má stejný algebraický tvar jako K, ale počítá se z aktuálního složení. Je-li Q < K, čistý děj směřuje k produktům; je-li Q > K, směřuje k reaktantům.

Při Q = K je systém v rovnováze za daných podmínek. Porovnání Q a K je přesnější než odhad směru pouze z toho, že některé látky je „hodně“.

Le Chatelierův princip je zkratka

Přidání reaktantu, odebrání produktu nebo změna tlaku může posunout Q vůči K. Systém následně změní složení, dokud znovu nenastane Q = K. To je kvantitativní základ Le Chatelierova principu.

U plynných reakcí změna objemu působí tehdy, když změní aktivity a počet molů plynu na obou stranách. Přidání inertního plynu při konstantním objemu proto nemusí vyvolat jednoduchý posun.

Teplota mění K, katalyzátor ne

Změna teploty mění termodynamiku, a tím i K. U endotermické reakce zvýšení teploty obvykle podporuje produkty, u exotermické typicky opačně.

Katalyzátor snižuje kinetickou bariéru v obou směrech. Urychlí dosažení rovnováhy, ale při stejné teplotě nemění K ani konečné rovnovážné složení.

Koncentrace je často jen aproximací aktivity

Ve zředěných školních roztocích často nahrazujeme aktivitu koncentrací vztaženou ke standardnímu stavu. V koncentrovaných roztocích a elektrolytech způsobují interakce částic odchylky a pro přesný popis K jsou potřeba koeficienty aktivity.

Toto rozlišení vysvětluje, proč je termodynamická rovnovážná konstanta bezrozměrná, i když jednoduché školní vzorce vypadají jako mocniny koncentrací s jednotkami. Koncentrační model je užitečný ve svém oboru platnosti, ne mimo něj. Při výpočtu je proto vhodné vždy uvést teplotu a přesně definovat reakční rovnici, protože obrácením reakce se K převrátí a násobením koeficientů se odpovídajícím způsobem změní jeho mocnina.

Řešené příklady