⚖️ Хімічна рівновага
Шпаргалка: Хімічна рівновага
Закон діючих мас, принцип Ле Шательє, Kc і Kp, реакційний коефіцієнт Q — повна довідка
Закон діючих мас
Для оборотної реакції aA + bB ⇌ cC + dD у стані рівноваги виконується:
Kc = ( [C]c·[D]d ) / ( [A]a·[B]b )
✦ Квадратні дужки [X] позначають рівноважну молярну концентрацію речовини X, а показники степеня — стехіометричні коефіцієнти з рівняння реакції.
✦ Чисті тверді речовини та чисті рідини НЕ входять до виразу Kc — їхня "концентрація" (густина/об'єм) стала і вже врахована в самій константі.
Принцип Ле Шательє
Якщо на систему в стані рівноваги подіяти зовнішнім чинником, рівновага зміщується в напрямку, що послаблює (компенсує) цю дію.
| Чинник | Зміна | Зміщення рівноваги |
|---|
| Концентрація | Додали реагент | У бік продуктів (вперед) |
| Концентрація | Додали продукт | У бік реагентів (назад) |
| Концентрація | Забрали реагент/продукт | У бік речовини, яку забрали |
| Тиск / об'єм (гази) | Підвищили тиск (зменшили об'єм) | У бік меншої кількості молів газу |
| Тиск / об'єм (гази) | Знизили тиск (збільшили об'єм) | У бік більшої кількості молів газу |
| Температура | Нагрівання, ΔH < 0 (екзотермічна) | У бік реагентів |
| Температура | Нагрівання, ΔH > 0 (ендотермічна) | У бік продуктів |
| Каталізатор | Додано каталізатор | Не зміщує рівновагу — лише швидше її досягає |
✦ Зручний прийом: розглядайте тепло як "учасника" реакції. У екзотермічній реакції тепло — "продукт" (A+B⇌C+D+тепло), у ендотермічній — "реагент" (тепло+A+B⇌C+D). Нагрівання діє як додавання цього умовного учасника, і рівновага зміщується від нього.
✦ Якщо кількість молів газу в реагентах дорівнює кількості молів газу в продуктах (Δn = 0), зміна тиску/об'єму НЕ зміщує рівновагу.
Kc проти Kp
Kp = Kc · (RT)Δn
Δn = (сума молів газоподібних продуктів) − (сума молів газоподібних реагентів)
R (газова стала)
R = 0.0821 л·атм/(моль·К)
✦ Kp використовує парціальні тиски газів замість молярних концентрацій; T у формулі — абсолютна температура в Кельвінах.
Реакційний коефіцієнт Q проти константи рівноваги K
Q обчислюється за тим самим виразом, що й Kc, але для будь-якого (не обов'язково рівноважного) моменту реакції.
| Співвідношення | Напрямок реакції |
|---|
| Q < K | Реакція йде вперед — у бік продуктів |
| Q > K | Реакція йде назад — у бік реагентів |
| Q = K | Система вже в стані рівноваги, чистих змін немає |
✦ Порівняння Q і K — швидкий спосіб передбачити, в який бік зміститься реакція з довільного початкового стану, без розв'язування ICE-таблиці.
Значення Kc: що воно означає
Kc >> 1
Рівновага сильно зміщена до продуктів
Kc << 1
Рівновага сильно зміщена до реагентів
Kc ≈ 1
Суттєві кількості і реагентів, і продуктів
Kc залежить від
Тільки від температури (не від концентрацій чи каталізатора)
Як користуватися шпаргалкою
Ця шпаргалка зосереджує найважливіші формули та правила теми хімічної рівноваги в компактному форматі для швидкого пошуку та підготовки до іспитів: закон діючих мас, принцип Ле Шательє, співвідношення Kc і Kp та порівняння Q з K.
Ефективне використання
Використовуйте шпаргалку поряд з розв'язуванням задач — не для списування, а як довідник формул. Найчастіша помилка учнів — плутанина в напрямку зміщення рівноваги при нагріванні: перевіряйте знак ΔH перед тим, як визначати напрямок. Регулярне повторення таблиці Ле Шательє формує стійку пам'ять.
Часті запитання (FAQ)
Що таке хімічна рівновага?
Хімічна рівновага — це динамічний, а не статичний стан оборотної реакції, при якому швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції. Концентрації реагентів і продуктів залишаються сталими в часі, але реакції в обох напрямках продовжують відбуватися.
Як формулюється принцип Ле Шательє?
Якщо на систему, що перебуває в стані рівноваги, подіяти зовнішнім чинником (зміна концентрації, тиску/об'єму або температури), рівновага зміщується в напрямку, який послаблює цю дію. Наприклад, додавання реагенту зміщує рівновагу в бік продуктів.
Чи впливає каталізатор на положення рівноваги?
Ні. Каталізатор однаково прискорює і пряму, і зворотну реакцію, тому він скорочує час досягнення рівноваги, але не змінює положення самої рівноваги і не впливає на значення константи рівноваги Kc.
У який бік зміщується рівновага при нагріванні залежно від типу реакції?
Для екзотермічної реакції (ΔH < 0) підвищення температури зміщує рівновагу в бік реагентів (у бік поглинання тепла). Для ендотермічної реакції (ΔH > 0) підвищення температури зміщує рівновагу в бік продуктів. Тепло тут розглядають як умовний "учасник" реакції.
У чому різниця між реакційним коефіцієнтом Q і константою рівноваги K?
Q обчислюється за тією ж формулою, що й K, але для довільного (не обов'язково рівноважного) стану системи. Якщо Q < K, реакція йде вперед (до продуктів); якщо Q > K — назад (до реагентів); якщо Q = K, система вже перебуває в рівновазі.