Обратимая реакция - Reversible reaction

Обратимая реакция является реакцией , в которой превращение реагентов в продукты и превращение продуктов реагентов происходят одновременно.

A и B могут реагировать с образованием C и D или, в обратной реакции, C и D могут реагировать с образованием A и B. Это отличается от обратимого процесса в термодинамике .

Слабые кислоты и основания вступают в обратимые реакции. Например, угольная кислота :

H 2 CO 3 (l) + H 2 O (l) ⇌ HCO 3 - (водн.) + H 3 O + (водн.) .

В концентрации реагентов и продуктов в равновесной смеси определяется аналитическими концентрациями реагентов (А и В или С и D) и равновесной константой , K . Величина константы равновесия зависит от изменения свободной энергии Гиббса для реакции. Таким образом, когда изменение свободной энергии велика (более чем около 30 кДж моль -1 ), константа равновесия велика (войти K> 3) и концентрации реагентов в равновесии очень малы. Такая реакция иногда считается необратимой, хотя ожидается, что небольшие количества реагентов все же будут присутствовать в реагирующей системе. Поистине необратимая химическая реакция обычно достигается, когда один из продуктов выходит из реакционной системы, например, как и диоксид углерода (летучий) в реакции.

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

История

Концепция обратимой реакции была введена Бертолле в 1803 году после того, как он наблюдал образование кристаллов карбоната натрия на краю соленого озера (одно из натронных озер в Египте, в известняке ):

2NaCl + CaCO 3 → Na 2 CO 3 + CaCl 2

Он понял, что это противоположность знакомой реакции.

Na 2 CO 3 + CaCl 2 → 2NaCl + CaCO 3

До этого считалось , что химические реакции всегда протекают в одном направлении. Бертолле рассуждал, что избыток соли в озере способствует «обратной» реакции, ведущей к образованию карбоната натрия.

В 1864 году Вааге и Гульдберг сформулировали свой закон массового действия, который количественно оценил наблюдения Бертолле. Между 1884 и 1888 годами Ле Шателье и Браун сформулировали принцип Ле Шателье , который распространил ту же идею на более общее утверждение о влиянии факторов, отличных от концентрации, на положение равновесия.

Кинетика реакции

Для обратимой реакции A⇌B шаг вперед A → B имеет константу скорости, а шаг назад B → A имеет константу скорости . Концентрация A подчиняется следующему дифференциальному уравнению:

.

 

 

 

 

( 1 )

Если учесть, что концентрация продукта B в любой момент времени равна концентрации реагентов в нулевой момент времени минус концентрация реагентов в данный момент , мы можем составить следующее уравнение:

.

 

 

 

 

( 2 )

Комбинируя 1 и 2 , мы можем написать

.

Возможно разделение переменных и используя начальное значение , получаем:

и после некоторой алгебры мы приходим к окончательному кинетическому выражению:

.

Концентрация A и B в бесконечное время имеет следующее поведение:

Таким образом, формулу можно линеаризовать, чтобы определить :

Чтобы найти отдельные константы и , требуется следующая формула:

Смотрите также

использованная литература