Chemická rovnováha

Rovnováha je dynamická

Pre všeobecnú reakciu aA + bB ⇌ cC + dD môže spočiatku prevládať priamy smer, ale s tvorbou produktov rastie možnosť spätnej reakcie. V rovnováhe sú rýchlosti rovnaké, nie nevyhnutne koncentrácie.

Stále zloženie neznamená rovnaké množstvá reaktantov a produktov. Poloha rovnováhy vyplýva z termodynamiky systému a môže výrazne zvýhodňovať jednu stranu.

K opisuje rovnovážny stav

Pre jednoduchý koncentračný zápis K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), ale presná termodynamika používa bezrozmerné aktivity. Čisté tuhé látky a kvapaliny majú v štandardnom priblížení aktivitu blízku 1.

Hodnota K pre danú reakciu závisí od teploty. Zmena počiatočných množstiev K nemení; mení cestu a konečné zloženie, ktoré musí splniť rovnovážnu podmienku.

Q určuje smer potrebnej zmeny

Reakčný kvocient Q má rovnaký algebraický tvar ako K, ale počíta sa z aktuálneho zloženia. Ak Q < K, čistý dej smeruje k produktom; ak Q > K, smeruje k reaktantom.

Pri Q = K je systém v rovnováhe za daných podmienok. Porovnanie Q a K je presnejšie než odhad smeru iba podľa toho, že niektorej látky je „veľa“.

Le Chatelierov princíp je skratka

Pridanie reaktantu, odobratie produktu alebo zmena tlaku môže posunúť Q voči K. Systém potom zmení zloženie, kým znovu nenastane Q = K. To je kvantitatívny základ Le Chatelierovho princípu.

Pri plynných reakciách zmena objemu pôsobí vtedy, keď mení aktivity a počet molov plynu na oboch stranách. Pridanie inertného plynu pri konštantnom objeme preto nemusí spôsobiť jednoduchý posun.

Teplota mení K, katalyzátor nie

Zmena teploty mení termodynamiku, a tým aj K. Pri endotermickej reakcii zvýšenie teploty obyčajne podporuje produkty, pri exotermickej typicky opačne.

Katalyzátor znižuje kinetickú bariéru v oboch smeroch. Urýchli dosiahnutie rovnováhy, ale pri rovnakej teplote nemení K ani konečné rovnovážne zloženie.

Koncentrácia je často len aproximáciou aktivity

V zriedených školských roztokoch často nahrádzame aktivitu koncentráciou vztiahnutou na štandardný stav. V koncentrovaných roztokoch a elektrolytoch spôsobujú interakcie častíc odchýlky a na presný opis K sú potrebné koeficienty aktivity.

Toto rozlíšenie vysvetľuje, prečo je termodynamická rovnovážna konštanta bezrozmerná, hoci jednoduché školské vzorce vyzerajú ako mocniny koncentrácií s jednotkami. Koncentračný model je užitočný vo svojom rozsahu platnosti, nie mimo neho. Pri výpočte treba vždy uviesť teplotu a presne definovať reakčnú rovnicu, pretože obrátením reakcie sa K prevráti a násobením stechiometrických koeficientov sa zodpovedajúco zmení jeho mocnina.

Vyriešené príklady