Вопрос № 7.Химическое равновесие и константа равновесия металлургических процессов. Равновесные концентрации.

После начала реакции химический потенциал одних веществ уменьшается, других – увеличивается, наступает их равенство, а значит и химическое равновесие.

В равновесном состоянии реакции становится равной нулю, концентрации веществ становятся равновесными, и их соотношение можно выразить через конкретную величину, которая называется константой равновесия.

Для равновесного состояния можно записать:

и константа равновесия равна:

В случае, если К_р>1 – это означает, что продуктов реакции больше, чем исходных веществ, если К_р<1, то соответственно, наоборот. Если же К_р=1, то концентрации веществ при равновесии соизмеримы.

По величине константы равновесия можно качественно судить о полноте протекания процесса. Помимо этого, зная величину К_р, можно рассчитать равновесные концентрации для большинства 2^х и более компонентных смесей. В равновесной системе устанавливается постоянное соотношение между микрочастицами различных веществ участников реакции. Плотность материальных частиц и их энергий по объему системы или по отдельным фазам устанавливается постоянной. Константа равновесия, вычисляемая из уравнения (1), обязательно должна выражаться или через парциальное давление, или через активность веществ в растворе, или через то и другое. В то же время, концентрации веществ, особенно газов, часто удобно выражать другими величинами: через мольные доли, объемные проценты, молярность (число молей на литр). В этих случаях для одной и той же реакции в цифровом отношении константы могут отличаться, но между ними, естественно, существует взаимосвязь.

Пример:

- Равновесные парциональные давления веществ в газовой смеси.

- общее давление смеси.

Выразим константу равновесия через мольные доли. В равновесном состоянии имеем соответственно общее число молей в смеси. Найдем мольные доли каждого вещества в равновесном газе

Связь между парциальными давлениями и молными долями имеет вид:

Из данных зависимостей найдем:

Таким образом, связь между константой равновесия, выраженной через парциальные давления, и константой равновесия, выраженной через мольные доли, носит следующий характер:

- разность между стехиометрическими коэффициентами у газов, стоящих справа и слева от знака равенства в данном случае:

Найдем константу равновесия через объемные проценты:

Таким образом, связь между K_p и K_c выглядит так:

Найдем константу равновесия через молярность:

Используем равенство ,

где количество молей вещества,

общий объем, выраженный в литрах.

Тогда

Для каждого газа в равновесной системе имеем:

Таким образом, связь между К_р и К_с имеет вид:

Итак, взаимосвязь между константами равновесия выглядит следующим образом: