Chemická rovnováha

Chemická rovnováha je stav, kdy se koncentrace reaktantů ani produktů nemění. Nastane, pokud se reakční rychlosti přímé i zpětné reakce vyrovnají (v1 = v2). Této rovnováze se také říká dynamická rovnováha. Navenek se sice nic nemění (koncentrace všech složek jsou konstantní), ale v systému probíhá reakce oběma směry zároveň. Tuto skutečnost znázorňujeme v zápise chemické rovnice dvojitou oboustrannou šipkou.

Chemickou rovnováhu vyjadřujeme pomocí rovnovážné konstanty K.

Odvození rovnovážné konstanty:

aA + bBcC + dD

cC + dDaA + bB

kde a, b, c, d jsou stechiometrické koeficienty; k1 a k2 jsou rychlostní konstanty reakcí

Podle Gulberg-Waagova zákona je rychlost chemické reakce přímo úměrná součinu koncentrací (přesněji aktivit) reagujících látek.

v1 = v2

k1[A]a[B]b = k2[C]c[D]d

$$K = \frac{k_{1}}{k_{2}} = \frac{\left\lbrack C \right\rbrack^{c}\left\lbrack D \right\rbrack^{d}}{\left\lbrack A \right\rbrack^{a}\left\lbrack B \right\rbrack^{b}}$$

K > 1 – rovnováha je posunuta směrem k produktům

K < 1 – rovnováha je posunuta směrem k výchozím látkám

Rovnovážnou konstantu můžeme vyjádřit pomocí koncentrací Kc či pomocí parciálních tlaků Kp (pomocí parciálních tlaků mohu konstantu vyjádřit jen v případě, že všechny látky reagují v plynném skupenství)

Tlak (vyjádřený z rovnice ideálního plynu): p = cRT

$$K_{p} = \frac{\left( \left\lbrack C \right\rbrack\text{RT} \right)^{c}\left( \left\lbrack D \right\rbrack\text{RT} \right)^{d}}{\left( \left\lbrack A \right\rbrack\text{RT} \right)^{a}\left( \left\lbrack B \right\rbrack\text{RT} \right)^{b}}$$

Le Chatelierův princip akce a reakce

Změnou reakčních podmínek dojde k porušení rovnováhy. Po čase se ustálí nová rovnováha. Tento děj nám popisuje Le Chatelierův princip akce a reakce: „Porušení chemické rovnováhy vnějším zásahem (akcí) vyvolá děj (reakci), který směřuje ke zrušení účinku tohoto vnějšího zásahu.“

Změna koncentrace

• Při zvýšení koncentrace výchozích látek se rovnováha posune k produktům (zvýší se c produktů) a naopak

• Při snížení koncentrace produktů se rovnováha posune k produktům a naopak

Změna tlaku

• pouze u reakcí, kde jsou veškeré reaktanty v plynné fázi a počty molů výchozích látek a produktů jsou rozdílné (musí tedy dojít ke změně látkového množství v průběhu reakce)

• při zvýšení tlaku se rovnováha posune ve směru menšího počtu molů částic

• při snížení tlaku se rovnováha posune ve směru menšího počtu molů částic

Změna teploty

• u endotermické reakce zvýšením teploty zvýším c produktů, snížením teploty zvýším c výchozích látek

• u exotermické reakce zvýšením teploty zvýším c výchozích látek, snížením teploty zvýším c produktů

Vliv katalyzátorů

• Katalyzátory nemají vliv na chemickou rovnováhu, ovlivňují pouze čas, za který se rovnováha ustanoví.