Reakcje odwracalne. Prawo działania mas cz. II
Ten sam stan równowagi można osiągnąć biorąc za punkt wyjścia produkty reakcji w równoważnej ilości (w omawianym przykładzie czysty jodowodór) i umieszczając je w tych samych warunkach co substraty w reakcji poprzedniej. W zasadzie jest więc obojętne, czy formułuje się stałą równowagi chemicznej jako stosunek iloczynu stężeń produktów do iloczynu stężeń substratów, czy też odwrotnie. Dla uniknięcia pewnych nieporozumień w dalszych wywodach umieszczane będą w liczniku wyrażenia na stałą równowagi stężenia produktów tego kierunku reakcji odwracalnej, który przyjęty jest za kierunek główny.
Francuski chemik Berthollet był pierwszym, który zwrócił uwagę na wpływ ilości substancji wyjściowych na końcowy wynik przemiany (1803). Dokładne sformułowanie powyższej zależności, nazywanej obecnie prawem działania mas, przyszło znacznie później podali je norwescy uczeni Guldberg i Waage (1867). Z prawa działania mas wynika, że w stanie równowagi w mieszaninie reagującej obecne być muszą wszystkie substancje biorące udział w reakcji czy to w charakterze substratów, czy też produktów, choćby w znikomo małych ilościach. W zasadzie należy uważać wszystkie reakcje za odwracalne. Jeżeli jednak w rzeczywistości wiele z nich przebiega praktycznie do całkowitego wyczerpania substratów, wynika to stąd, że stała równowagi dla takich reakcji ma wartość bardzo dużą. Przykład takiej reakcji stanowi łączenie się wodoru z tlenem według równania: 2H2+022H20.
Wzór na stałą równowagi tej reakcji ma postać następującą: [H2O?H2PV[02]. Wartość liczbowa stałej K w niższych temperaturach jest bardzo duża, wskutek czego ilości tlenu i wodoru w stanie równowagi z parą wodną są znikomo małe. Natomiast ze wzrostem temperatury, w miarę jak stała równowagi przybiera wartości coraz mniejsze, występują w mieszaninie zrównoważonej obok pary wodnej także wciąż wzrastające ilości obu składników prostych.
Skoro stężenia wszystkich substancji w stanie równowagi wzajemnie zależą od siebie, można w zasadzie każde z nich uczynić dowolnie małym, byle różnym od zera. Jeżeli np. zależy na możliwie całkowitym przeprowadzeniu jodu w jodowodór, należy zastosować znaczny nadmiar wodoru. Wskutek dużej wartości [H2], będącego jednym z czynników w mianowniku ilorazu stężeń, zmniejszyć się musi odpowiednio drugi czynnik, tj. [J2], a równocześnie wskutek tworzenia nowych ilości jodo- wodoru wzrastać będzie licznik [HJ]2, dopóki stosunek stężeń nie przyjmie wartości odpowiadającej stałej równowagi w danej temperaturze. Ten sam skutek można osiągnąć usuwając z mieszaniny jodowodór w miarę jego powstawania. Stężenie [HJ] będzie wciąż utrzymywane na niskim poziomie, wobec czego i stężenia substratów reakcji nie mogą trwale osiągać większych wartości.