Co to jest reakcja odwracalna?

Odwracalna reakcja to Reakcja chemiczna gdzie reagenty Formularz produkty które z kolei reagują razem, dając z powrotem reagenty. Odwracalne reakcje osiągną punkt równowagi, w którym stężenia reagentów i produktów już się nie zmienią.

Odwracalna reakcja jest oznaczona podwójną strzałką wskazującą oba kierunki w a równanie chemiczne. Na przykład równanie dwóch odczynników, równanie dwóch produktów byłoby zapisane jako

A + B ⇆ C + D

Dwukierunkowe harpuny lub podwójne strzałki (⇆) powinny być stosowane do wskazania reakcji odwracalnych za pomocą dwustronnej strzałki (↔) zarezerwowane dla struktur rezonansowych, ale online najprawdopodobniej napotkasz strzałki w równaniach, po prostu dlatego, że łatwiej kod. Kiedy piszesz na papierze, właściwą formą jest użycie notacji harpunowej lub podwójnej strzałki.

Słabe kwasy i zasady mogą ulegać odwracalnym reakcjom. Na przykład kwas węglowy i woda reagują w ten sposób:

H.₂WSPÓŁ_{3 (l)} + H₂O_(l) ⇌ HCO⁻_{3 (aq)} + H₃O⁺_(aq)

Innym przykładem odwracalnej reakcji jest:

N.₂O₄ ⇆ 2 NIE₂

Jednocześnie zachodzą dwie reakcje chemiczne:

N.₂O₄ → 2 NIE₂

2 NIE₂ → N.₂O₄

Odwracalne reakcje niekoniecznie zachodzą w tym samym tempie w obu kierunkach, ale prowadzą do stanu równowagi. Jeśli występuje równowaga dynamiczna, powstaje produkt jednej reakcji z tą samą szybkością, jaka jest wykorzystywana do reakcji odwrotnej. Stałe równowagi są obliczane lub podawane w celu ustalenia ilości powstającego reagenta i produktu.

Równowaga reakcji odwracalnej zależy od początkowych stężeń reagentów i produktów oraz stałej równowagi K.

Większość reakcji spotykanych w chemii to reakcje nieodwracalne (lub odwracalne, ale z bardzo małą ilością produktu przekształcającego się z powrotem w reagent). Na przykład, jeśli palisz kawałek drewna za pomocą reakcji spalania, nigdy nie zobaczysz, że popiół spontanicznie tworzy nowe drewno, prawda? Jednak niektóre reakcje odwracają się. Jak to działa?

Odpowiedź ma związek z wydajnością energetyczną każdej reakcji i wymaganą do jej wystąpienia. W reakcji odwracalnej reagujące cząsteczki w układzie zamkniętym zderzają się ze sobą i wykorzystują energię do zrywania wiązań chemicznych i tworzenia nowych produktów. W systemie jest wystarczająca ilość energii, aby ten sam proces mógł wystąpić w przypadku produktów. Wiązania są zrywane i powstają nowe, które powodują powstanie początkowych reagentów.

Kiedyś naukowcy uważali, że wszystkie reakcje chemiczne są reakcjami nieodwracalnymi. W 1803 r. Berthollet zaproponował pomysł odwracalnej reakcji po zaobserwowaniu tworzenia się kryształów węglanu sodu na brzegu słonego jeziora w Egipcie. Berthollet uważał, że nadmiar soli w jeziorze sprzyja tworzeniu się węglanu sodu, który może następnie ponownie reagować z wytworzeniem chlorku sodu i węglanu wapnia:

2NaCl + CaCO₃ ⇆ Na₂WSPÓŁ₃ + CaCl₂

Waage i Guldberg skwantyfikowali obserwację Bertholleta za pomocą prawa akcji masowej, które zaproponowali w 1864 r.