Rovnovážna reakcia

Mnohé reakcie neprebiehajú len jedným smerom. Produkty, ktoré vzniknú, môžu medzi sebou opäť reagovať a vytvárať pôvodné látky. Takéto reakcie nazývame vratné a zapisujeme ich obojstrannou šípkou $\rightleftharpoons$.

Na začiatku prebieha najrýchlejšie priama reakcia. Ako pribúdajú produkty, zrýchľuje sa spätná reakcia. Po čase sa obe rýchlosti vyrovnajú – sústava je v chemickej rovnováhe. Navonok sa už nič nemení, ale na úrovni častíc obe reakcie prebiehajú ďalej. Hovoríme preto, že rovnováha je dynamická.

V rovnováhe nemusí byť reaktantov a produktov rovnako veľa. Pomer ich koncentrácií pri danej teplote vyjadruje rovnovážna konštanta. Ak je veľká, v rovnováhe prevažujú produkty, ak je malá, prevažujú reaktanty.

Veľmi názorne sa chemická rovnováha ukazuje na roztoku chloridu kobaltnatého. Vo vode sú kobaltnaté ióny obklopené šiestimi molekulami vody a tvoria ružový hexaakvakomplex. Ak je v roztoku veľa chloridových iónov (napríklad po pridaní kyseliny chlorovodíkovej), môžu molekuly vody nahradiť a vzniká modrý tetrachlorokomplex:

$$[\text{Co(H}_2\text{O)}_6]^{2+}(aq) + 4\,\text{Cl}^-(aq) \rightleftharpoons [\text{CoCl}_4]^{2-}(aq) + 6\,\text{H}_2\text{O}(l)$$

Komplex	Farba	Kedy prevláda
[Co(H2O)6]2+	ružová	v zriedenom roztoku, za chladu
[CoCl4]2−	modrá	pri vysokej koncentrácii chloridov, za tepla

Keď sú oba komplexy v roztoku v podobnom množstve, roztok má fialovú farbu. Podľa farby teda priamo vidíme, na ktorú stranu je rovnováha posunutá.

Ako sa rovnováha zmení po vonkajšom zásahu, opisuje Le Chatelierov princíp: sústava v rovnováhe reaguje na vonkajší zásah tak, aby jeho účinok zmiernila.

• Pridanie chloridov (kyseliny chlorovodíkovej): sústava sa snaží nadbytočné chloridy spotrebovať – rovnováha sa posunie doprava a roztok zmodrie.
• Pridanie vody: rovnováha sa posunie doľava, k ružovému akvakomplexu.
• Zohriatie: vznik modrého komplexu je endotermický (spotrebúva teplo). Keď teplo dodáme, sústava ho „spotrebuje“ tak, že sa posunie doprava – roztok zmodrie.
• Ochladenie: rovnováha sa posunie doľava a roztok zružovie.

Zmeny sú vratné – ten istý roztok môžeme striedavo zohrievať a chladiť a farba sa bude meniť tam a späť.

Iný príklad posunu rovnováhy pri kobaltnatých zlúčeninách, tentoraz medzi zrazeninou a roztokom, ukazuje pokus Le Chatelierov posun chemickej rovnováhy. Rovnováhu medzi pevnou látkou a jej parami zasa vidno pri sublimácii jódu. Úplným opakom sústavy, ktorá sa ustáli v rovnováhe, je Bielousovova-Žabotinského reakcia – tá dlho osciluje ďaleko od rovnováhy.