4.5. Состояние равновесия обратимых реакций характеризуется константой равновесия

Молекулы воды обладают слабо выраженной способностью к обратимой ионизации, в процессе которой они распадаются на ионы водорода (H+) и ионы гидроксила (ОН-); при этом между недиссоциированными молекулами и ионами устанавливается равновесие:

Поскольку обратимая ионизация воды имеет очень важное значение для понимания свойств и роли воды в функционировании живой клетки, мы должны располагать способом выражения степени ее ионизации в количественных терминах. Рассмотрим кратко некоторые общие свойства обратимых реакций.

Состояние равновесия любой химической реакции характеризуется константой равновесия. Выражение константы равновесия для обшей реакции

легко можно получить исходя из закона действующих масс. Согласно этому закону, химическая реакция, описываемая уравнением (2), будет протекать слева направо, пока не установится новое состояние равновесия, если мы увеличим концентрацию одного из реагирующих веществ (А или В) либо концентрации обоих этих веществ. И наоборот, увеличение концентрации веществ С или D либо одновременное увеличение концентраций обоих этих веществ приведет к тому, что данная реакция будет идти справа налево до достижения нового равновесия. Этому принципу можно дать также более количественную формулировку. Скорость прямой реакции , протекающей слева направо, пропорциональна произведению активных концентраций реагирующих веществ А и В:

где - константа пропорциональности, а квадратные скобки означают молярную концентрацию. Скорость обратной реакции, , протекающей справа налево, равна соответственно

Поскольку равновесие определяется как состояние, при котором скорости прямой и обратной реакции равны, при равновесии должно соблюдаться равенство

и, следовательно:

Преобразование этого выражения дает

Отношение двух констант скорости может быть заменено одной новой константой, а именно константой равновесия равной

[Штрих означает, что величина константы равновесия выражает отношение молярных (а не весовых или объемных) концентраций исходных реагирующих веществ и продуктов реакции.

Константа равновесия - это постоянная величина, являющаяся количественной характеристикой любой химической реакции, протекающей при определенной температуре. Она позволяет вычислить состав равновесной смеси для данной реакции независимо от количеств исходных веществ и образующихся продуктов. И наоборот, если известны концентрации всех исходных реагентов и конечных продуктов в состоянии равновесия, то для данной реакции, протекающей при известной температуре, легко можно вычислить величину константы равновесия.