За напрямком реакції можна поділити на оборотні та необоротні. Для необоротних реакцій характерні такі ознаки: виділення газу, утворення осаду або води.
Реакції, які відбуваються лише в одному напрямі й завершуються повним перетворенням вихідних речовин у кінцеві речовини, називаються необоротними.
Прикладом такої реакції може бути розклад калій перманганату під час нагрівання: 2KMnO4 
K2MnO4 + MnO2 + O2.
Реакція припиниться тоді, коли весь калій перманганат розкладеться. Необоротних реакцій не так багато. Більшість реакцій оборотні.
Оборотними називаються такі реакції, які одночасно відбуваються у двох взаємно протилежних напрямах. Часто буває, що речовини, які утворилися під час хімічної реакції, перетворюються на ті, що були на початку реакції. Наприклад, якщо крізь воду пропускати вуглекислий газ, то утворюється карбонатна кислота: H2O + CO2 → H2CO3.
Коли припинити пропускання газу, то ми помітимо, як газ виділяється з розчину. Відбувається зворотний процес: карбонатна кислота розкладається на вуглекислий газ і воду: H2CO3 → H2O + CO2.
Оборотні реакції записують одним хімічним рівнянням, у якому позначають дві стрілки у двох протилежних напрямах. Утворення карбонатної кислоти можна назвати прямою реакцією, а її розклад – зворотною реакцією: H2O + CO2 
H2CO3.
У загальному вигляді оборотні реакції можна зобразити так:
A + В С.
Реакцію, що протікає зліва направо, називають прямою реакцією. Реакцію, що відбувається справа наліво – зворотною реакцією.
Хімічна рівновага
Оскільки швидкість хімічних реакцій залежить від концентрації реагуючих речовин, то на початку швидкість прямої реакції більша, ніж швидкість зворотної реакції. Далі, зі зниженням концентрації вихідних речовин і підвищенням концентрації продукту реакції, швидкість прямої реакції зменшується, а зворотної – зростає. Через деякий час швидкості прямої та зворотної реакцій стануть однаковими: υпрямої = υзворотної. Отже, система перейде у стан хімічної рівноваги. Стан системи, за якого швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції, називають хімічною рівновагою.
Зауваження! Рівновага встановлюється не тому, що реакції припиняються, а тому, що пряма і зворотна реакції проходять з однаковою швидкістю. Таку рівновагу називають динамічною. Скільки молекул вихідних речовин вступає в пряму реакцію, стільки ж молекул утворюється в результаті зворотної реакції.
Хімічна рівновага зовні непомітна. Наприклад, коли дивитися на закриту пляшку з газованою водою, то ніякі ознаки хімічних реакцій не спостерігаються, хоча насправді реакції відбуваються. Стан хімічної рівноваги може зберігатися як завгодно довго в закритій системі, за постійних зовнішніх умов.
Зміщення хімічної рівноваги
На стан хімічної рівноваги впливають концентрації речовин, що реагують, температура, а для газуватих речовин – ще й тиск. Якщо змінюється один із цих параметрів, стан рівноваги порушується, і концентрації всіх реагуючих речовин змінюються доти, доки не встановиться новий стан рівноваги, але вже з іншими значеннями рівноважних концентрацій. Такий перехід реакційної системи з одного стану рівноваги в інший називається зміщенням хімічної рівноваги.
Напрям зміщення хімічної рівноваги у процесі зміни концентрації речовин, що реагують, температури і тиску визначається загальним положенням, відомим як принцип Ле Шательє (1884 р.):
Принцип дає можливість передбачити зміни в рівноважних системах під впливом зовнішніх умов, а також керувати хімічно рівноважними системами. Наприклад, дуже важливий процес взаємодії вільного азоту з воднем з утворенням амоніаку відбувається відповідно до рівняння N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q. На підставі принципу Ле Шательє робимо висновок, що рівновага зміститься на бік утворення амоніаку за умови зниження температури та збільшення тиску. Тому синтез амоніаку відбувається за температури 400-500°C та за високого тиску.
Способи зміщення рівноваги у бажаному напрямку, що базуються на принципі Ле Шательє, відіграють неабияку роль у хімічному виробництві, бо дають можливість добувати з меншими затратами різноманітні речовини.
Розглянемо вплив різних чинників на стан хімічної рівноваги.
Таблиця 4. Умови зміщення рівноваги
|
Чинники |
Зміщення рівноваги |
Приклад |
|
Температура (t°) |
А + Б А + Б Під час підвищення температури рівноважної системи рівновага зміщується на бік ендотермічної реакції, а під час зниження – на бік екзотермічної. У реакції, яка протікає без теплового ефекту, зміна температури не впливає на зміщення рівноваги. |
N2 + 3H2 |
|
Концентрація (C) |
Cбільша → Cменша При підвищенні концентрації вихідних речовин рівновага зміститься на бік зменшення концентрації, тобто в напрямку утворення продукту реакції. |
 |
|
Тиск (для газів, ρ) |
Vбільший → Vменший Підвищення тиску зміщує рівновагу системи на бік утворення менших об’ємів, а зменшення його – на бік утворення більших об’ємів. Якщо в процесі оборотної реакції об’єми газуватих речовин не змінюються, то зміна тиску не впливає на стан рівноважної системи. |
  |
|
Каталізатор |
Не зміщує хімічну рівновагу, бо однаково впливає на швидкість прямої та зворотної реакцій. |
АБ + Q
АБ – QПідсумок
- Необоротними називаються реакції, які відбуваються лише в одному напрямі й завершуються повним перетворенням вихідних речовин у кінцеві речовини.
- Оборотними називаються такі реакції, які одночасно відбуваються у двох взаємно протилежних напрямах.
- Реакцію, що протікає зліва направо, називають прямою реакцією. Реакцію, що відбувається справа наліво – зворотною реакцією.
- Стан системи, за якого швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції, називають хімічною рівновагою.
?
- Що називають хімічною рівновагою?
- Чому хімічну рівновагу називають динамічною?
- Які чинники впливають на стан хімічної рівноваги?
- Які реакції називають оборотними?
- Що таке необоротні реакції?
- Як формулюється принцип Ле Шательє?
- Чи може людина впливати на хімічну рівновагу?
- Що таке зміщення хімічної рівноваги?
- Що таке пряма і зворотна реакції?
