З

Закон действия масс

В 1867 г. норвежские химики К. Гульдберг и П. Вааге открыли химический закон действия масс.

Закон действия масс можно сформулировать так: скорость взаимодействия двух химических реагентов прямо пропорциональна их концентрациям в реакционной системе, а достижимое состояние химического равновесия зависит от скоростей прямой и обратной реакций (см. Обратимые реакции). Значит, в простом процессе: А + В = С + D прямая реакция, согласно этому закону, будет идти со скоростью v₁ = К₁ · [А] · [В], а обратная - со скоростью v₂ = K₂ · [C] · [D]. Равновесие в системе установится тогда, когда v₁ = v₂, и величину константы равновесия К_р можно в наиболее общем виде выразить отношением:

Сразу же возникает вопрос: а что такое К₁, К₂ и К_р? К_р - константа равновесия, К_р = = К₁/К₂, а К₁ и К₂ - константы скоростей прямой и обратной реакций. Константами их называют условно: постоянное значение они сохраняют только для данной реакции и при постоянных условиях ее проведения. Они не зависят от концентрации реагентов, но изменяются с изменением температуры. Химические свойства реагентов, температура, наличие катализатора и т.д. могут сильно влиять на величины К₁, К₂ и К_р, а значит, на скорость химической реакции и положение равновесия в системе. Например, при химическом синтезе аммиака по уравнению:

при комнатной температуре К₁ > К₂, а при 450°С - наоборот.

Анализ общего вида уравнения закона действия масс позволяет сделать несколько полезных выводов. Во-первых, для ускорения прямого процесса совсем не обязательно увеличивать концентрации обоих исходных веществ А и В, вполне достаточно взять большой избыток одного из них - того, которое дешевле и проще получить. Во-вторых, чтобы уменьшить скорость обратной реакции, можно воспользоваться удалением одного из продуктов, например испаряя его, убирая осадок и т.д. В-третьих, поскольку константы скоростей K₁ и К₂ зависят от температуры, есть возможность регулировать скорости реакций с помощью нагрева, охлаждения и т.д. И наконец, самое существенное: таким же образом можно повлиять на положение химического равновесия, т.е. на выход целевого продукта. Современное химическое производство успешно использует закон действия масс.