Reakcje odwracalne. Prawo działania mas

Gdy reakcja gazowa, np. synteza jodowodoru, odbywa się pomiędzy ograniczonymi ilościami substancji wyjściowych w zamkniętej przestrzeni, szybkość jej, wyrażona równaniem (V,l), w miarę jej postępu i wyczerpywania się substratów stopniowo maleje. W mieszaninie reagującej nagromadza się coraz więcej cząsteczek produktów reakcji. Coraz częstsze będą więc zderzenia pomiędzy tymi cząsteczkami. Podczas takiego zderzenia może nastąpić rekombinacja atomów w sensie wprost przeciwnym temu, wskutek którego te cząsteczki powstały innymi słowy, reakcja może się odbywać w kierunku przeciwnym kierunkowi poprzedniemu. Reakcje mogące przebiegać w dwóch przeciwnych kierunkach nazywane są reakcjami odwracalnymi (§ 16). Szybkość reakcji odwrotnej jest proporcjonalna do każdorazowego stężenia produktów, w przytoczonym przykładzie wyrazi się więc wzorem: r' = Y [TLJ]2. (V,3)

Ponieważ stężenie jodowodoru z biegiem czasu wzrasta, więc i szybkość reakcji odwrotnej również rośnie. W końcu musi nastąpić chwila, gdy szybkości obu reakcji przeciwnych zrównają się, tj. gdy w jednostce czasu tworzyć się będzie tyle samo jodowodoru, ile się go równocześnie rozłoży: czyli k [H,] [.Ts] = Y [li-T]2.

Z tą chwilą nie zachodzą już żadne dalsze dostrzegalne zmiany w mieszaninie reagującej, ustala się stan równowagi chemicznej. Nosi ona charakter równowagi dynamicznej, tzn. polega na tym, że w układzie przebiegają dwa procesy w kierunkach przeciwnych z jednakową szybkością.

Pomiędzy stężeniami substancji reagujących istnieje w stanie równowagi ścisła zależność, którą łatwo wyprowadzić z równania (V,4). Po przeniesieniu stężeń wszystkich substancji na prawą stronę równania, a obu stałych szybkości na lewą zależność ta wyrazi się równaniem następującym: k [II-I]2 v [H.] r-T.i

Ponieważ obie stałe szybkości dla danej przemiany odwracalnej zależą jedynie od temperatury, więc ich iloraz w stałej temperaturze ma wartość całkiem określoną. Oznacza się ją zwykle literą K i nazywa stałą równowagi chemicznej. Stałą równowagi można również określić jako stosunek iloczynu stężeń produktów reakcji do iloczynu stężeń substratów każde ze stężeń należy podnieść do potęgi równej liczbie cząsteczek odpowiedniej substancji, wchodzących do równania stechio- metrycznego reakcji.