І місце. Хімічні реакції та закономірності їх перебігу (Кічата Олена Євгеніївна, Харківська гімназія № 46 ім. М.В.Ломоносова)

Раніше ми розглядали хімічні реакції, умовно вважаючи, що вони йдуть до кінця, тобто реагенти повністю перетворюються на продукти реакції. Насправді ж такий стан справедливий лише для деяких реакцій, які називають необоротними. Це реакції

1) в розчинах, що супроводжуються утворенням газоподібного або практично нерозчинного продукту;

ВаСl₂ + Н₂SО₄ = ВаSО₄ + 2НСl

Nа₂СО₃ + 2 НСl = 2 NаСl + Н₂О + CO₂

2) утворюється слабкий електроліт, наприклад вода:

НСl + NаОН = Н₂О + NаСl

3) реакція супроводжується великим виділенням енергії, наприклад горіння магнію:

Mg + ¹/₂ О₂ = МgО, ∆H = -602,5 кДж/моль.

•  Хімічні реакції, що протікають тільки в одному напрямку і завершуються повним перетворенням вихідних речовин у продукти реакції, називаються необоротними.

Більшість хімічних процесів є оборотними, наприклад, одночасно з утворенням амоніаку з азоту і водню

N₂ + 3H₂ = 2 NH₃

відбувається процес розкладання амоніаку на азот і водень

2 NH₃  = N₂ + 3H₂.

Такі реакції називають оборотними, а між лівою і правою частинами рівняння реакції ставлять знак «⇄»

N₂ + 3H₂ ⇄ 2 NH₃.

•  Хімічні реакції, що одночасно протікають в двох взаємно протилежних напрямках, називаються оборотними.

•  Реакцію, що відбувається між речовинами, які записані в лівій частині рівняння, називають прямою, а протилежну реакцію – зворотною.

В ході реакції концентрація вихідних речовин поступово зменшується, а концентрація продуктів реакції збільшується. Відповідно швидкість прямої реакції знижується, а зворотної – підвищується.  З часом буде досягнуто стан, при якому швидкості прямої і зворотної реакцій стануть однаковими, а концентрації реагентів і продуктів реакції перестануть змінюватися (мал. 1).

Мал.1. а) Зміна швидкостей прямої і зворотної реакції з часом; б) Зміна концентрації реагентів і продуктів з часом.

• Стан системи, при якому швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції, називається хімічною рівновагою.

• Концентрації реагентів і продуктів, що відповідають стану рівноваги, називаються рівноважними. 

Незмінність концентрації реагентів і продуктів після встановлення рівноваги не означає, що в системі припинилися процеси взаємодії. Вони йдуть безперервно.

Наприклад, якщо суміш водню і йоду нагрівати при 410 °С в закритій посудині, то 78 % вихідних реагентів перетворюються на гідроген йодид. За цих же умов 22 % гідроген йодиду розпадається на водень і йод. Як в першому, так і в другому випадку встановлюється стан, який за даної температури характеризується постійним співвідношенням кількості водню, йоду і гідроген йодиду.

Зауважимо, що повністю необоротних реакцій немає, і будь-який з незворотних процесів, може бути перетворений в оборотний. Наприклад, розкладання кальцій карбонату – реакція необоротна, якщо здійснюється у відкритій системі, тобто в системі, в якій можливе видалення карбон(IV) оксиду зі сфери реакції

СаСО₃ = СаО + СО₂.

Разом з тим при здійсненні тієї ж реакції в замкнутій системі процес розкладання кальцій карбонату  йде лише до того часу, поки в системі не встановиться цілком певний тиск, що перешкоджає подальшому розкладанню. В такому випадку ця реакція стає оборотною

СаСО₃ ⇄ СаО + СО₂.