Химическое равновесие Химическое равновесиеСтраница 6
Параллельные реакции гораздо более распространены, чем то кажется на первый взгляд. Лишь сравнительно немногие химические процессы протекают “чисто”, т. е. практически полностью по одному определённому уравнению. Такие реакции особенно ценны для аналитической химии.
В подавляющем большинстве случаев уравнение реакции описывает лишь основной (т. е. количественно преобладающий) процесс. Одновременно протекающие “побочные” реакции обычно не оговариваются, однако считаться с их возможностью приходится почти всегда. По отношению к основному процессу они могут быть либо параллельными (т. е. непосредственно от него не зависящими), либо последовательными (т. е. дальнейшими реакциями продуктов основного процесса).
Если при температурах около 1000 °С водород и кислород со взрывом соединяются, образуя воду, то, наоборот, при 5000 °С вода со взрывом распадается на водород и кислород. Обозначая это схематически, имеем:
———при 1000 °С————Þ
водород + кислород = вода
Ü——при 5000 °С—————
Очевидно, что при некоторых промежуточных температурах должны быть возможны обе реакции. Это действительно имеет место в интервале 2000-4000 °С, когда одновременно происходит и образование молекул воды из водорода и кислорода, и распад молекул воды на водород и кислород. При этих условиях реакция взаимодействия водорода с кислородом становится, следовательно, заметно обратимой. Вообще, обратимыми называются реакции, протекающие одновременно в обоих противоположных направлениях. При их записи вместо знака равенства часто пользуются противоположно направленными стрелками.
2 Н2 + О2 Û 2 Н2О
Для скоростей обеих отвечающих данной схеме взаимно противоположных реакций можно составить следующие выражения:
u1 = k1[H2]2[O2] и u2 = k2[H2O]2
Если u1 > u2, то за единицу времени молекул воды будет образовываться больше, чем распадаться. Если же u1 = u2, то число распадающихся и образующихся за единицу времени молекул воды будет одинаково.
Допустим, что водяной пар нагрет до 3000 °С. В первый момент молекул водорода и кислорода ещё не имеется и u1 = 0. Наоборот, скорость u2 велика, так как молекул воды много. В следующий момент, когда часть их успела разложиться, скорость u1 становится уже заметной, а скорость u2 несколько уменьшается. По мере дальнейшего разложения воды u1 продолжает увеличиваться, u2 — уменьшаться. Наконец, наступает такой момент, когда обе скорости становятся равными.
Если исходить не из водяного пара, а из водорода и кислорода, то подобным же образом приходим к тем же результатам. И в том и в другом случае при равенстве скоростей обеих реакций устанавливается химическое равновесие, внешне характеризующееся тем, что концентрации водорода, кислорода и водяного пара при неизменных условиях остаются постоянными сколь угодно долгое время.
Из рассмотренного вытекает, что химическое равновесие является равновесием динамическим; оно обусловлено не тем, что, дойдя до него, процесс прекращается, а тем, что обе взаимно противоположные реакции протекают с одинаковыми скоростями. Всё время идёт и образование молекул воды, и их распад, но число образующихся за единицу времени молекул равно числу распадающихся. Поэтому нам и кажется, что изменений в системе не происходит.
ТАЛИКОТА , город в индийском княжестве Биджапур, по которому часто называют битву 23 января 1565 между армиями 4 султанов Декана и государства Виджаянагар; после разгрома в этой битве армии Виджаянагара это государство начало распадаться.
ЧУХНОВСКИЙ Борис Григорьевич (1898-1975) , российский полярный летчик. Участвовал в ледовой разведке Северного морского пути, в проводке морских судов. Совместно с Р. Л. Бартини создал дальний арктический самолет-разведчик.
ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС (ЯМР) , резонансное поглощение электромагнитных волн, обусловленное квантовыми переходами атомных ядер между энергетическими состояниями с разными ориентациями спина ядра. Для большинства ядер в магнитных полях ~103 - 104 Э ЯМР наблюдается в диапазоне частот 1-10 МГц. Спектры ЯМР используются для исследования структуры твердого тела и сложных молекул.