Что такое химическое равновесие?

Химическое равновесие относится к стабильному соотношению между реагентами и продуктами в обратимой химической реакции. В обратимой реакции реагенты не полностью превращаются в продукты; скорее они будут медленно прекращать реагировать по мере достижения химического равновесия. На скорость реакции влияют многие факторы, включая температуру, фазу вещества и присутствие катализатора. Многие реакции требуют первоначального ввода энергии, чтобы начать реагировать.

Более фундаментально, химическая реакция - создание или разрыв химических связей. Химическая связь возникает, когда электромагнитные силы между атомами или молекулами вызывают притяжение между ними. Ионная связь - это когда два иона - противоположно заряженные атомы - непосредственно притягивают друг друга. Ковалентная связь предполагает совместное использование электронных пар между атомами. Эти химические связи образуют новые вещества со своими собственными химическими свойствами.

Концепция химического равновесия связана с идеей обратимой реакции. Фактически, все химические реакции в некоторой степени обратимы, поэтому нет принципиальной разницы между реагентами и продуктами. Некоторые реакции, однако, имеют незначительную степень обратимости - именно в этих реакциях химическое равновесие становится важным. Когда обратимость подчеркивается в научной нотации, исходная стрелка между реагентами и продуктами заменяется парой стрелок с крючками. Это указывает на то, что реакция происходит в обоих направлениях.

Скорость, с которой достигается химическое равновесие, может сильно варьироваться. Некоторые реакции завершаются менее чем за секунду, в то время как другие занимают много лет. Хотя не существует единого метода прогнозирования скорости реакции, известно, что многие факторы играют важную роль.

Одним из таких факторов является температура. Более высокие температуры позволяют большему количеству энергии проникать в систему, что обычно приводит к более быстрым реакциям. Фаза вещества - твердая, жидкая или газовая - также может влиять на то, как быстро вещества достигают химического равновесия. Наконец, присутствие катализатора может значительно ускорить реакцию. Фермент является типом катализатора, важного для регулирования метаболизма живых существ.

Некоторые реакции не происходят, даже если они не находятся в химическом равновесии. Это потому, что многие реакции требуют энергии активации. Например, жидкий водород и кислород могут оставаться в физическом контакте, не вступая в реакцию. Небольшое количество энергии, однако, может привести к тому, что реагенты по существу взорвутся и выделят много энергии. Такое же явление наблюдается при сжигании древесины - хотя дерево может выделять много энергии при сжигании, для запуска процесса всегда требуется первоначальная искра или пламя.