Mini-kurzus
Kémiai egyensúly
Kémiai egyensúlyban az előre- és visszafelé haladó reakció sebessége azonos, ezért a makroszkopikus összetétel időben állandó marad. Az egyensúly tehát dinamikus: a részecskék továbbra is átalakulnak, csak a két irány nettó hatása kiegyenlíti egymást.
Dinamikus, nem mozdulatlan állapot
Zárt rendszerben egy reverzibilis reakció kezdetben gyakran főként előre halad. Ahogy termék képződik, a visszareakció is egyre gyakoribb. Egyensúlynál a két sebesség egyenlő. Ettől még egyetlen molekulára sem igaz, hogy „megállt”; folyamatos csere zajlik.
Az egyensúlyi állandó
Az aA+bB ⇌ cC+dD reakcióhoz megfelelő körülmények között K összefüggés rendelhető, amely a termékek és kiindulási anyagok aktivitásait sztöchiometriai hatványokon hasonlítja össze. Egyszerű híg oldatos feladatokban ezt gyakran koncentrációkkal közelítjük. Nagy K termékek felé eltolódott, kis K kiindulási anyagokban gazdag egyensúlyt jelez.
Reakcióhányados: merre mozdul a rendszer?
A Q reakcióhányados ugyanúgy épül fel, mint K, de az aktuális, nem feltétlenül egyensúlyi összetételből számítjuk. Ha Q<K, a nettó változás termékképződés felé halad; ha Q>K, visszafelé. Ha Q=K, a rendszer egyensúlyban van.
Le Châtelier-elv
Ha egyensúlyi rendszer összetételét, nyomását vagy hőmérsékletét megváltoztatjuk, a rendszer olyan új egyensúly felé mozdul, amely részben ellensúlyozza a beavatkozást. Ez hasznos minőségi szabály, de nem helyettesíti Q és K elemzését, különösen összetettebb esetekben.
Mi változtatja meg K értékét?
Adott reakcióra az egyensúlyi állandó értékét elsősorban a hőmérséklet határozza meg. Koncentráció vagy nyomás megváltoztatása eltolhatja az egyensúlyi összetételt, de ugyanazon hőmérsékleten nem változtatja meg magát K-t. A katalizátor sem változtatja meg K-t: mindkét irányt gyorsítja, így csak hamarabb érjük el az egyensúlyt.
Példa: Haber-folyamat
N₂(g)+3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g). Nagyobb nyomás a kevesebb gázmól felé, vagyis az ammónia irányába kedvez az egyensúlynak. A reakció exoterm, ezért alacsonyabb hőmérséklet termodinamikailag kedvezőbb az NH₃-nak, de a túl alacsony hőmérséklet lassú reakciót okoz. Az ipari feltételek ezért kompromisszumot jelentenek.
Egyensúly nem jelent egyenlő koncentrációt
Az előre- és visszareakció azonos sebessége nem jelenti azt, hogy a reagensek és termékek koncentrációja is egyenlő. Egy nagy K-jú reakció egyensúlyában sokkal több termék lehet, miközben a két mikroszkopikus folyamat sebessége mégis pontosan megegyezik. A „sebesség egyenlő” és az „összetétel egyenlő” két külön állítás.
Próbáld ki
Egy reakciónál Q kisebb, mint K. Melyik irányú nettó változás várható, és mi történik Q-val az egyensúly felé haladva?
Megoldás
A termékek képződése felé halad a nettó reakció. Q növekszik, amíg el nem éri K értékét.