Закон действия масс

В 1864—1867 гг. норвежские химики К. Гульдберг и П. Вааге установили химический закон действия масс (закон действующих масс).

Закон действия масс можно сформулировать так: скорость взаимодействия двух химических реагентов прямо пропорциональна их концентрациям в реакционной системе, а достижимое состояние химического равновесия зависит от скоростей прямой и обратной реакций (см. Обратимые реакции). Значит, в простом процессе A + B = C + D прямая реакция, согласно этому закону, будет идти со скоростью v₁ = K₁ • [A] • [B], а обратная — со скоростью v₂ = K₂ • [C] • [D]. Равновесие в системе установится тогда, когда v₁ = v₂, и величину константы равновесия K_р можно в наиболее общем виде выразить отношением:

В этой формуле K_р — константа равновесия, K_р = K₁/K₂, а K₁ и K₂ — константы скоростей прямой и обратной реакций. Константами их называют условно: постоянное значение они сохраняют только для данной реакции и при постоянных условиях ее проведения. Они не зависят от концентрации реагентов, но изменяются с изменением температуры. Химические свойства реагентов, температура, наличие катализатора и т. д. могут сильно влиять на величины K₁, K₂ и K_р, а значит, на скорость химической реакции и положение равновесия в системе. Например, при химическом синтезе аммиака по уравнению:

при комнатной температуре K₁ > K₂, а при 450° С — наоборот.

Уравнение закона действия масс позволяет сделать несколько полезных выводов. Во-первых, для ускорения прямого процесса необязательно увеличивать концентрации исходных веществ A и B; вполне достаточно взять большой избыток одного из них — того, которое дешевле и проще получить. Во-вторых, чтобы уменьшить скорость обратной реакции, можно воспользоваться удалением одного из продуктов, например, испаряя его, удаляя осадок и т. д. В-третьих, поскольку константы скоростей K₁ и K₂ зависят от температуры, есть возможность регулировать скорости реакций с помощью нагрева, охлаждения и т. д. И наконец, самое существенное: таким же образом можно повлиять на положение химического равновесия, т. е. на выход целевого продукта.