Константа равновесия

В равновесном состоянии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

nA + mB = qC + pD,

А и В – субстраты, С и D – продукты реакции,

n, m, q, p – стехиометрические коэффициенты,

скорость прямой реакции равна v_пр = k_пр [A]ⁿ[B]^m;

скорость обратной реакции равна v_обр = k_обр [C]^q[D]^p

при равновесии v_пр = v_обр

k _пр [A]ⁿ[B]^m = k_обр [C]^q[D]^p

Обратимые реакции характеризуются константой равновесия (К_р):

K_p = k_пр / k_обр. Выразив константы прямой и обратной реакций из предыдущего уравнения, получим выражение:

K_p = [C]^q[D]^p / [A]ⁿ[B]^m

Задача. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции: 2SO₂(г) + O₂(г) = 2SO₃(г),

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO₂]=a, [О₂]=b, [SO₃]=с. Согласно закону действия масс скорости прямой и обратной реакций до изменения объема:

v_пр = Ка²b  v_обр = К₁с²

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза:

[SO₂] = 3а, [О₂] = 3b, [SO₃] = 3с.

При новых концентрациях скорости v` прямой и обратной реакций:

v`<sub>пр</sub> = К(3а)<sup>2</sup>(3b) = 27Ка<sup>2</sup>b,  v`_обр = К₁(3с)² = 9К₁с²

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования продукта SO₃.

Принцип Ле-Шателье

По принципу Ле-Шателье равновесие в системе смещается в сторону, противоположную воздействию. Если на равновесную систему оказывается воздействие, то она стремится уменьшить это воздействие путем сдвига равновесия.

Если к равновесной системе добавить субстратов, равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Если добавить конечных продуктов, равновесие смещается в сторону образования субстратов.

При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (система стремится понизить температуру).

При повышении давления в реакциях с участием газов равновесие смещается в ту сторону, где молекул газа образуется меньше. Например, в реакции

N₂ +3H₂ ↔ 2NH₃

при повышении давления равновесие смещается в сторону образования аммиака.

Если в ходе реакции образуется газ, твердое вещество или слабый электролит (например, Н₂О), то реакция необратима.

Действие принципа Ле-Шателье в клетках организма

Если в клетки проникает какое-нибудь вещество, то в них активируются все процессы его использования и замедляются все процессы его синтеза до тех пор, пока его количество не нормализуется. Таким образом, клетка защищается от избытка вещества, поддерживая гомеостаз по принципу Ле-Шателье.

Время жизни вещества в клетке для реакции 1-ого порядка: t = 1/k, где

k – константа скорости реакции распада этого вещества.

Часто в медицинской практике используется период полураспада – время, за которое в реакцию распада вступит половина всех имеющихся молекул.

Для реакции 1-ого порядка время полураспада:

τ_½ = 2,3 lg2/k = 0,693/k