4.3 Константа химического равновесия

Выразим математически наличие химического равновесия в системе, для чего, по определению равновесия, приравняем правые части выражений (4.2) и (4.3), а затем соберем все постоянные величины в одной части равенства, а переменные – в другой:

	.	(4.4)

Величина K_cназывается константой равновесия химической реакции. Индекс «c» означает, что константа определена по концентрациям. В уравнении (4.4) концентрации отвечают равновесию и поэтому называются равновесными концентрациями. Уравнение (4.4) есть результат применения закона действующих масс к химическому равновесию.Константа химического равновесия K_c реагирующей системы равна произведению равновесных концентраций продуктов, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов, деленному на произведение равновесных концентраций реагентов, возведенных в степени своих стехиометрических коэффициентов.

Аналогичным образом легко получить другое выражение для константы химического равновесия гомогенной реакции в газовой фазе, учитывая, что концентрации реагирующих веществ пропорциональны их парциальным давлениям

,

(4.5)

где индекс «p» означает, что константаK_pопределена через парциальные давления реагирующих веществ,,,в соответствующих степенях стехиометрических коэффициентов уравнения реакции. Константа химического равновесия K_pреагирующей системы равна произведению равновесных парциальных давлений продуктов, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов, деленному на произведение равновесных парциальных давлений реагентов, возведенных в степени своих стехиометрических коэффициентов. Константы химического равновесияK_cиK_pзависят от природы реагентов и температуры.

В выражения для констант равновесия (4.4) и (4.5) гетерогенных реакций концентрации твердых веществ не заносятся, если остальные реагенты – жидкости или газы, так как эти величины неизменны в процессе реакции. Ниже, в качестве примера, приводятся выражения для констант равновесия некоторых гомогенных и гетерогенных реакций. Отметим, что равновесные молярные концентрации часто принято обозначать с помощью квадратных скобок, в которые помещена формула соответствующего вещества.

Н₂ + I₂  2НI

, ;

2Cu₂O + O₂  4 CuO

,;

N₂+ 3H₂2NH₃

.

В термодинамике доказывается тесная связь между величиной изменения стандартного изобарного потенциала ΔG⁰химической реакции и константой равновесия химической реакцииK_p, что отражается формулой (4.6):

,

(4.6)

Формула (4.6) выводится из термодинамического критерия химического равновесия в изобарно-изотермических условиях термодинамической системы, согласно которому изменение изобарного потенциала ΔGреагирующей системы в окрестности химического равновесия равно нулю. Следует отметить, что в формуле (4.6) величина константы равновесияK_pявляется безразмерной, так как при её выводе используются не конкретные парциальные давления реагентов, а отношение этих парциальных давлений к стандартному давлению, которое обычно принимается равным одной физической атмосфере.