Chemia/Równowaga chemiczna

Reakcje odwracalne i nieodwracalne

Analizując różne reakcje chemiczne, często jesteśmy w stanie zdefiniować, które z nich przebiegają całkowicie w przeciwieństwie do innych. Ze względu na to kryterium, reakcje chemiczne możemy podzielić na:

• reakcje nieodwracalne (tzn. takie w których całość substratów ulega przemianie w produkty, a proces odwrotny nie zachodzi)
• reakcje odwracalne (tzn. takie w przebiegu których jednocześnie wytwarzane są cząsteczki produktów i odtwarzane z cząsteczki substratów)

Zapisując równania reakcji chemicznych, w odmienny sposób zapisujemy równania reakcji odwracalnych i nieodwracalnych. Podczas opisywania reakcji nieodwracalnych powstające produkty poprzedzone są pojedynczą strzałką skierowaną w ich kierunku. W przypadku reakcji odwracalnych, jako że w wyniku takiej reakcji powstają zarówno produkty jak i odtwarzane są substraty, to w zapisie takiej reakcji używamy dwóch strzałek. Jedna z nich skierowana jest w stronę produktów, druga w stronę substratów.

2 HI ⇔ H₂ + I₂                         reakcja odwracalna

HCl + KOH → KCl + H₂O     reakcja nieodwracalna

Do reakcji nieodwracalnych zaliczamy:

• reakcje zobojętniania
• reakcje strącania osadów (przyjmuje się, że cząsteczki osadu nie wracają do roztworu.)
• reakcje w których jeden z otrzymywanych produktów jest gazem i może opuścić środowisko reakcji

Stan równowagi

Stan równowagi definiowany jest tylko dla reakcji typu odwracalnego, czyli reakcji w których ustala się na pewien sposób równowaga pomiędzy produktami a substratami użytymi do reakcji.

Jeżeli podda się analizie przebieg reakcji odwracalnej, można stwierdzić że na początku w mieszaninie reakcyjnej znajdowały się tylko cząsteczki substratów. Po pewnym czasie ich stężenie stopniowo malało na korzyść powstających cząsteczek produktów. Szybkość tworzenia produktów z czasem maleje w skutek wyczerpywania się dostępnych substratów. Kiedy zostanie osiągnięty pewien krytyczny próg charakterystyczny dla danej reakcji część cząsteczek wcześniej powstałych produktów ponownie ulegnie rozpadowi. Gdy się to stanie, stężenie reagentów w reakcji - zarówno produktów jak i substratów - ustali się na stałym i niezmiennym poziomie. Zostanie osiągnięty stan równowagi.

Osiągnięcie tego stanu nie świadczy wcale o tym, że reakcja już nie przebiega. W stanie tym, w jednostce czasu taka sama ilość produktów rozpada się na substraty, natomiast identyczna ilość substratów ulega w tym samym czasie przemianie w produkty. Zatem bilans takiej przemiany równy jest 0, pomimo że rekacja cały czas przebiega ze stała intensywnością. Stan równowagi reakcji takiej ze względu tego nazywany jest stanem równowagi dynamicznej.

Położenie równowagi w przypadku takich reakcji może być przesunięte w jedną ze stron - lewą lub prawą. Jeżeli uprzywilejowany jest rozpad produktów - w lewo, jeżeli uprzywilejowane jest tworzenie produktów w prawo.