Хімічна рівновага
Хімічна рівновага — динамічний стан, у якому середні швидкості прямої та зворотної реакцій рівні. Макроскопічний склад стабільний, але молекулярні перетворення тривають. Константа K описує положення рівноваги за заданої температури.
Динамічність
Рівновага не означає зупинку. Молекули продовжують переходити в обох напрямках, але середні потоки взаємно компенсуються.
Q і K
Реакційний коефіцієнт Q має форму K, але використовує поточні активності. Q
Вільна енергія
ΔG=ΔG°+RTlnQ. У рівновазі ΔG=0, тому ΔG°=−RTlnK. Велике K означає термодинамічну перевагу продуктів у відповідній стандартній системі, але не високу швидкість.
Le Chatelier
Зміна концентрації або тиску змінює Q. Система еволюціонує до нового стану Q=K. Принцип Ле Шательє корисний як якісний прогноз, але порівняння Q і K точніше.
Каталізатор
Каталізатор прискорює прямий і зворотний шлях, знижуючи кінетичні бар’єри. Він не змінює K або ΔG° при тій самій температурі.
Температура
Температура може змінювати саме K. Для ендотермічних реакцій K часто зростає при нагріванні, для екзотермічних — зменшується. Це термодинамічний ефект.
Гетерогенна рівновага
Активність чистої твердої або рідкої фази приймають за 1. Тому її немає в явному виразі K, хоча фаза повинна фізично існувати.
Кінетика окремо
Система може мати дуже велике K і роками не досягати рівноваги через високий активаційний бар’єр. Термодинаміка і кінетика відповідають на різні питання.
Рівновага як умова мінімуму вільної енергії
За сталих T і p рівноважний склад відповідає мінімуму Gibbs-енергії за дозволених матеріальних балансів. Якщо склад трохи зсунути, знак ΔG реакції визначає, у який бік система прагне повернутися. Ця картина пояснює Q і K без антропоморфного “система протидіє змінам”. Додавання реагента змінює Q; система еволюціонує, поки знову не досягне Q=K. Каталізатор не змінює положення мінімуму, а лише шлях і швидкість наближення. Саме тому рівноважну задачу треба відділяти від кінетичної: однаковий K може поєднуватися з дуже різним часом установлення рівноваги.
Гетерогенна рівновага
У системі з чистою твердою або рідкою фазою її активність у стандартному описі приймають за одиницю. Тому тверда речовина може не входити явно у формулу K, хоча фізично має бути присутня. Додавання більшої маси такого твердого тіла не змінює рівноважні парціальні тиски чи концентрації, доки фаза вже існує; змінюється лише запас речовини. Це важливий контрприклад до механічного твердження “додали реагент — рівновага завжди змістилась”. Потрібно дивитися, чи змінюється Q, а не лише список речовин у посудині.
Вправа
Якщо Q До продуктів, доки Q не стане рівним K.Розв’язання