Обратимые реакции и состояние химического равновесия

Химическая реакция не всегда "доходит до конца", другими словами, исходные вещества не всегда полностью пре­вращаются в продукты реакции. Это происходит потому, что по мере накопления продуктов реакции могут создаваться условия для протекания реакции в противоположном направлении. Химические реакции, которые при одних и тех же условиях могут идти в противоположных направлениях, называются обратимыми.

В обратимых реакциях скорость прямой реакции вначале имеет максимальное значение, затем уменьшается вследствие уменьшения концентрации исходных веществ. И наоборот, обратная реакция в начальный момент имеет минимальную скорость, которая увеличивается по мере нарастания концентрации продуктов реакции. Наконец наступает такой момент, когда скорости прямой и обратной реакции становятся равными.

Состояние, в котором скорость обратной реакции становится равной скорости прямой реакции, называется химическим равновесием.

Состояние химического равновесия при неизменных внешних условиях теоретически может сохраняться бесконечно долго. В реальной действительности, при изменении температуры, давления или концентрации реагентов, равновесие может "сместиться" в ту или иную сторону протекания процесса.

В 1884 г. французский химик А. Ле Шателье (1850-1936) сформировал принцип подвижного равновесия - принцип Ле Шателье: внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.)

Это означает, что внешнее воздействие на систему изменяет соотношение между скоростями прямого и обратного процесса, благоприятствуя тому, который противодействует внешнему воздействию.

Знание различных закономерностей протекания химических реакций необходимо для успешного развития химической промышленности, в особенности, когда речь идет о многотоннажном производстве таких веществ, как минеральные удобрения, кислоты, аммиак, полиэтилен, синтетический каучук и т.д.

Например, в промышленном способе синтеза аммиака из водорода и азота осуществляется обратимая реакция. Поэтому возникают вопросы - при каких температурах и давлениях выгоднее всего добиваться установления равновесия в этой реакции. Поскольку реакция является экзотермической, то исходя из принципа Ле Шателье, ясно, что чем ниже температура, тем больше равновесное состояние будет сдвигаться в сторону образования аммиака. Однако при низких температурах реакция идет очень медленно, поэтому приходится принимать компромиссное решение - на практике

процесс проводят при температуре порядка + 500 °С. Причем, даже при такой высокой температуре для достижения достаточной скорости реакции требуется присутствие специального катализатора.