Sự cân bằng hóa học

Trong các phản ứng hóa học, cân bằng hóa học là trạng thái mà cả các chất phản ứng và sản phẩm đều có nồng độ không thay đổi theo thời gian mặc dù chúng không bằng nhau, do đó không có sự thay đổi rõ rệt về tính chất của hệ thống. Thông thường, trạng thái này xảy ra khi phản ứng thuận và phản ứng nghịch diễn ra với tốc độ gần như bằng nhau. Tốc độ phản ứng của các phản ứng thuận và nghịch thường không bằng nhau, nhưng lại cân bằng nhau. Thành phần của các chất ở trạng thái cân bằng không thay đổi. Do đó, không có sự thay đổi về nồng độ của các chất phản ứng và (các) sản phẩm phản ứng. Trạng thái như vậy được gọi là trạng thái cân bằng động.

Lịch sử

Khái niệm về cân bằng hóa học đã được phát triển sau khi Berthollet (1803) phát hiện ra rằng một số phản ứng hóa học có thể đảo ngược.

Vào đầu thế kỷ 19, Berthollet quan sát thấy sự hình thành các tinh thể natri cacbonat trong một hồ muối. Điều này đã dẫn đến ý tưởng của ông về phản ứng thuận nghịch, trong đó các sản phẩm có thể phản ứng để hình thành các chất phản ứng trong các điều kiện cụ thể.

Mặc dù ý tưởng ban đầu của Berthollet đã gặp phải một số sự phản đối, nhưng công trình của ông đã đặt nền móng cho việc khám phá sâu hơn về trạng thái cân bằng hóa học và động học phản ứng.

Hằng số cân bằng

Đối với bất kỳ hỗn hợp phản ứng nào ở trạng thái cân bằng, tốc độ của phản ứng thuận và nghịch là bằng nhau. Theo những điều sau, phương trình hóa học với mũi tên chỉ cả hai cách để chỉ ra trạng thái cân bằng, trong đó A và B là chất phản ứng, S và T là sản phẩm, và α, β, σ và τ là hệ số cân bằng hóa học của các chất phản ứng tương ứng và sản phẩm:

α   A + β   B ⇌σ   S + τ   T

Vị trí của nồng độ cân bằng của một phản ứng được xem là 'ở bên phải' khi ở trạng thái cân bằng, hầu như tất cả các chất phản ứng đã được sử dụng hết. Ngược lại, vị trí cân bằng được gọi là 'ở bên trái' nếu hầu như không có sản phẩm nào được tạo thành từ các chất phản ứng.

Guldberg và Waage (1865), dựa trên ý tưởng của Berthollet, đã đề xuất định luật phản ứng khối lượng

trong đó A, B, S và T là các khối lượng hoạt động; vt là tốc độ phản ứng thuận; vn là tốc độ phản ứng nghịch và k ₊

$k_{+}{\left[\text{A}\right]}^{\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}}{\left[\text{B}\right]}^{\mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}}=k_{-<!--\; -\; -->}{\left[\text{S}\right]}^{\mathrm{\sigma <!--\; \sigma \; -->}}{\left[T\right]}^{\mathrm{\tau <!--\; \tau \; -->}}$

và tỷ lệ của hằng số tốc độ cũng là một hằng số, hiện được gọi là hằng số cân bằng.

với [A], [B], [S], [T] là nồng độ mol/l của A, B, S, T.

Chất rắn không được tính vào Kc.

VD 1:

VD 2: