Hemijska ravnoteža

Kod reverzibilnih ili povratnih reakcija uz polaznu reakciju se zbiva i povratna reakcija. Ukupnu reakciju možemo općenito prikazati jednačinom:

${\displaystyle aA+bB\rightleftarrows cC+dD}$

To jest, a molekula reaktanta A i b molekula reaktanta B daju reakcijom c molekula produkta C i d molekula produkta D. Isto tako i c molekula tvari C povratnom reakcijom s d molekula tvari D daju a molekula tvari A i b molekula tvari B. Brzina polazne reakcije (v1) s vremenom se smanjuje jer opada koncentracija reaktanata. Brzina povratne reakcije (v2) s vremenom raste, jer raste koncentracija produkata reakcije. Onoga trenutka kada su te dvije brzine jednake, reakcija se prema vani više ne zbiva, tj. nastupa dinamička ravnoteža. Tada kažemo da se reaktanti i produkti hemijske reakcije nalaze u hemijskoj ravnoteži. Dakle, uslov hemijske ravnoteže je:

${\displaystyle \ v_{1}=k_{1}[A]^{a}[B]^{b}}$

${\displaystyle \ v_{2}=k_{2}[C]^{c}[D]^{d}}$

U ravnotežnom stanju je:

v₁ = v₂

${\displaystyle K={\frac {k_{1}}{k_{2}}}={\frac {\{C\}^{c}\{D\}^{d}}{\{A\}^{a}\{B\}^{b}}}}$

Ovaj izraz je poznat i kao zakon o djelovanju masa . Konstanta K se naziva konstanta ravnoteže .

Što je veća konstanta ravnoteže neke hemijske reakcije, to je ravnoteža više pomaknuta na stranu stvaranja produkata reakcije. Red veličine konstante ravnoteže kreće se od oko 10⁻⁵⁰ do 10⁵⁰. To znači da u ravnoteži koncentracije produkata odnosno reaktanata mogu biti jako male.^[1]

Položaj ravnoteže je određen veličinom i znakom promjene Gibbsove slobodne energije (Δ G). Ako Δ G ima veliku i negativnu vrijednost, ravnoteža je pomjerena ka stvaranju produkata.^[2] Za gore navedenu hemijsku reakciju, promjena Gibbsove slobodne energije je:

${\displaystyle \Delta G=\Delta G^{0}\;+RT\ln Q}$

Gdje je Q odnos koncentracija produkata i reaktanata (reakcioni kvocijent):

${\displaystyle Q={\frac {\{C\}^{c}\{D\}^{d}}{\{A\}^{a}\{B\}^{b}}}}$

Kada sistem dostigne ravnotežu, Gibbsova slobodna energija produkata i reaktanata su jednake, odnosno Δ G = 0. Također je Q = K pa se dobija:^[3]

${\displaystyle 0=\Delta G^{0}\;+RT\ln Q}$

Odnosno

${\displaystyle \Delta G^{0}\;=-RT\ln K}$

Ovako izračunata K naziva se termodinamičkom konstantom ravnoteže.

Commons ima datoteke na temu: Hemijska ravnoteža

• Chemical Equilibrium Arhivirano 21. 12. 2007. na Wayback Machine
• Chemical Equilibrium Calculator