Обратимые и необратимые реакции

Обратимыми называют реакции в том случае, если в реакционной смеси (после установления равновесия или окончании процесса) можно обнаружить присутствие всех участников реакции (как реагентов, так и продуктов).

Необратимыми называют реакции, если в реакционной смеси (после установления равновесия или окончании процесса) не обнаруживается хотя бы один из реагентов (тот, который был в недостатке).

Как обычно устанавливают присутствие или отсутствие ионов Ag⁺ в растворе? Прибавлением ионов Cl^–. И если к насыщенному раствору хлорида серебра прибавить соляную кислоту, то можно будет констатировать, что ионов серебра в растворе нет, то есть реакция необратима.

Однако если к тому же раствору мы прибавим ионы S^2–, то увидим появление серой мути – черного сульфида серебра Ag₂S, растворимость которого (2,3·10^–17 моль/л) намного меньше, чем AgCl (приблизительно в триллион раз). Следовательно, ионы серебра в растворе обнаруживаются и можно считать реакцию обратимой. То есть, в зависимости от чувствительности имеющихся реактивов и/или приборов, а также задач исследования одну и ту же реакцию можно рассматривать как обратимую, так и необратимую.

Условия обратимости химических реакций

Образование осадка как критерий необратимости мы фактически рассмотрели. Добавим только, что не всегда в принципе возможно обнаружить растворимость. В качестве примера реакция

Hg²⁺ + S^2– = HgS .

Растворимость сульфида ртути (одной из модификаций, а именно черного сульфида) составляет 1,3·10^–26 моль/л. Это значит, что в 1 л такого раствора должно находиться 1,3·10^–26·6,02·10²³ = 0,008 молекулы. Следовательно, реакция абсолютно необратима. Здесь очевидный переход количества в качество. Уменьшение концентрации раствора возможно только до некоторого предела, пока в растворе есть растворенное вещество. После этого уже раствора нет. Заметим, что в некоторых рецептурах гомеопатов применяется такое разбавление лекарства, при котором оно в растворе отсутствует вообще.

Выделение газа. Если реакция проводится в открытой системе (в открытом сосуде) так, что газ необратимо покидает сферу реакции, то последняя истинно необратима. Если же система закрыта, то может установиться равновесие, и процесс следует считать обратимым. В качестве примера – реакция, исследованная В.Н.Ипатьевым в начале ХХ в. При давлении 350 атм и температуре около 330°С водород вытесняет из солей цинк, т.е. устанавливается равновесие:

Zn²⁺ + H₂ Zn + 2H⁺.

Образование слабого электролита. Двойственность ответа легко демонстрируется на примере диссоциации воды. С одной стороны, мы считаем реакцию между кислотой и щелочью необратимой. С другой – вычисляем концентрацию ионов водорода в воде, т.е. считаем, что реакция H⁺ + OH^– H₂O

обратима. И константа равновесия для так написанного уравнения (величина, обратная ионному произведению воды) равна 10¹⁴.

Как и в случае с образованием осадка, отнесение реакции к той или иной категории зависит от конкретных обстоятельств. И здесь количество может перейти в качество. Если вычисленная константа равновесия приближается по величине к числу Авогадро, то реакция становится истинно необратимой. Практически необратимыми считаются реакции с константами равновесия большими, чем вышеприведенная константа для воды.