تعادل در واکنش و سینتیک شیمیائی

سینتیک شیمیائی علم مطالعه سرعت واکنش­های شیمیائی است. پایداری نسبی مواد اولیه و محصولات و غلظت­های تعادلی آنها در تعادل شیمیائی بررسی می­شود، درحالیکه سرعت تبدیل و مکانیزم­های تبدیل مواد اولیه و محصولات بهمدیگر در سینتیک شیمیائی بررسی می­شود. سرعت تولید یا مصرف مواد شرکت کننده در واکنش و سرعت واکنش بیانگر سرعت تغییر تعداد مول­های مواد واکنش دهنده (معمولاً در واحد حجم) در واحد زمان است.

با گذشت زمان سرعت واکنش کاهش می­یابد. این مطلب معمولاً در مورد واکنش­های شیمیائی صادق است. این مطلب از آنجا ناشی می­شود که در اغلب واکنش­ها سرعت واکنش شیمیائی با غلظت مواد واکنش دهنده رابطه مستقیم دارد و با گذشت زمان بعلت کاهش غلظت مواد واکنش دهنده، سرعت واکنش نیز کاهش می­یابد.

در مورد واکنش­های تعادلی، هم واکنش رفت انجام می­پذیرد و هم واکنش برگشت. نتیجه واکنش رفت تبدیل مواد اولیه به محصولات است و نتیجه واکنش برگشت تبدیل محصولات به مواد اولیه است. بالطبع واکنش­های رفت و برگشت دو عامل متضاد در حال رقابت باهم هستند. سرعت واکنش در اینجا به صورت اختلاف سرعت واکنش رفت و برگشت تعریف می­شود. در صورتیکه سرعت واکنش رفت بزرگتر از سرعت واکنش برگشت باشد، سرعت واکنش بزرگتر از صفر خواهد بود و تبدیل خالص مواد اولیه به محصولات را خواهیم داشت. در صورتیکه سرعت واکنش برگشت بزرگتر از سرعت واکنش رفت باشد، سرعت واکنش کوچکتر از صفر خواهد بود و تبدیل خالص محصولات به مواد اولیه را خواهیم داشت. در صورتیکه سرعت واکنش های رفت و برگشت باهم برابر باشند، سرعت واکنش برابر صفر خواهد بود و تبدیل خالصی نخواهیم داشت. بعبارت دیگر در صورت برابری سرعت­های رفت و برگشت، هر مقدار ماده اولیه بخاطر واکنش رفت به محصولات تبدیل شود، همان مقدار ماده اولیه بخاطر واکنش برگشت با همان سرعت از محصولات تولید خواهد شد. این مطلب برای محصولات نیز صادق است. پس در صورت برابری سرعت­های رفت و برگشت، غلظت­های مواد اولیه و محصولات با گذشت زمان تغییر نخواهند کرد و حالتی از عدم تغییر و توازن عمل واکنش­های رفت و برگشت یا همان تعادل را خواهیم داشت.

شرایط در واکنش­های تعادلی به صورتی است که با شروع از هر نقطه­ای (با هر غلظتی برای مواد اولیه و محصولات) واکنش به سمت برابری سرعت­های رفت و برگشت و برقرای تعادل پیشرفت خواهد کرد. این شرایط از این مطلب ناشی می­شود که سرعت واکنش رفت متناسب با غلظت مواد اولیه بعنوان واکنش دهنده در واکنش رفت است و سرعت واکنش برگشت متناسب با غلظت محصولات بعنوان مواد واکنش­دهنده در واکنش برگشت است. در صورتیکه سرعت رفت از سرعت برگشت بیشتر باشد، واکنش بطور خالص در جهت رفت پیشرفت خواهد داشت و با گذشت زمان غلظت مواد اولیه کاهش و غلظت محصولات افزایش خواهد یافت. کاهش غلظت مواد اولیه منجر به کاهش سرعت رفت و افزایش غلظت محصولات منجر به افزایش سرعت واکنش برگشت خواهد شد، تا زمانیکه سرعت­های رفت و برگشت باهم برابر شوند یا تعادل برقرار شود. با رسیدن به تعادل عدم تغییر غلظت­ها و سرعت­های رفت و برگشت را خواهیم داشت و بنابراین بعد از رسیدن به تعادل، سیستم در حالت تعادل باقی خواهد ماند. همین مطالب بطور بالعکس در مورد بیشتر بودن سرعت برگشت از سرعت رفت صادق است.