VII.1. Echilibrul chimic.
Toate reacțiile chimice sunt procese de echilibru.
Reacțiile ireversibile sunt reacții care decurg numai într-un singur sens, datorită deplasării echilibrului chimic în direcția desfășurării reacției respective. Acest lucru se întâmplă când cel puțin unul dintre produșii de reacție nu mai poate participa la reacția în sens invers, deoarece concentrația sa scade treptat până la consumarea completă a reactanților.
A + B → C + D
Echilibrul chimic se deplasează total în direcția în care din reacție rezultă:
- un compus volatil, care degajându-se părăsește soluția:
Exemplu: Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ↑
- un precipitat (greu solubil):
Exemplu: CuSO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + Cu(OH)2 ↓
- un compus foarte disociat: apa, o combinație complexă foarte stabilă etc.
Exemple:
CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O
Reacțiile chimice care, în anumite condiții de lucru, pot decurge în ambele sensuri se numesc reacții reversibile.
În cazul unei reacții reversibile se găsesc prezente toate speciile chimice (reactanți și produși de reacție) care participă la reacție.
A + B ⇄ C + D
În primele momente, când A reacționează cu B, concentrațiile pentru A și B scad în timp ce cresc concentrațiile pentru C și D.
După un timp, concentrațiile pentru A și B, cât și pentru C și D devin stabile. În acest moment viteza reacției directe este egală cu viteza reacției inverse, caz în care spunem că s-a stabilit echilibrul chimic.
Odată ce s-a stabilit echilibrul chimic, nu se mai produc schimbări ale concentrațiilor reactanților și produșilor, dar reacția chimică nu se oprește. Pentru fiecare masă de reactanți care se transformă în produși, o masă egală de produși se transformă în reactanți, astfel încât vorbim de un echilibru chimic dinamic.
De exemplu, sinteza industrială a amoniacului din azot și hidrogen este o reacție reversibilă, întrucât reacția se desfășoară în ambele sensuri până când concentrațiile compușilor ajung la anumite valori, care caracterizează starea de echilibru. S-a constatat experimental că, dacă un volum oarecare de amoniac se închide într-un vas și se aduce la temperatura de 500 °C și presiunea de 600 atm, după un timp, o parte din amoniacul format se descompune în elementele componente. Analiza amestecului de gaze a arătat că el conține 42% NH3 și 58% amestec de N2 și H2.
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
👀 Experiment: Reacţia dintre dioxidul de carbon şi apă (obţinerea sifonului)
🔦 Observație
- Pentru unele reacții reversibile, la echilibru chimic, concentrațiile produșilor sunt mai mari decât ale reactanților, astfel încât echilibrul este deplasat spre dreapta.
- Pentru alte reacții reversibile, la echilibru chimic, concentrațiile produșilor sunt mai mici decât ale reactanților, astfel încât echilibrul este deplasat spre stânga.