2.3   Równowaga w układach heterogenicznych

Równowaga C, CO, CO₂

Bardzo często reakcje równowagowe ustalają się pomiędzy reagentami występującymi w różnych fazach. Przykładem takiej reakcji może być reakcja zachodząca pomiędzy CO₂ a stałym węglem, zachodząca w wysokich temperaturach:

(3.01)                         

symbol (s) – oznacza, że badana substancja występuje w stanie stałym; (g) – gazowym.

Dla stanu równowagi, prawo działania mas można wyrazić za pomocą ułamków molowych:

(3.02)                                                

Tlenki węgla tworzą wspólną fazę gazową, skład jej podają ułamki molowe (lub stężenia molowe, lub ciśnienia parcjalne).

Węgiel tworzy osobną fazę, występuje w stanie stałym, jako substancja, stąd . Przyjęcie równości oznacza, że w skład fazy stałej nie ulega zmianie w czasie reakcji chemicznej i rzeczywiście tak jest. W przeciwieństwie do fazy gazowej której skład ulega zmianie w czasie reakcji faza stała zachowuje swój skład a zmianie ulega jedynie jej masa. 

Prawo działania mas możemy teraz zapisać w uproszczonej postaci:

(3.03)                                                

Prawo działania mas dla rozpatrywanej równowagi heterogenicznej można również zapisać za pomocą ciśnień cząstkowych reagentów występujących w fazie gazowej. Wystarczy podstawić za ułamki molowe następujące wyrażenia:

;  

 – ciśnienie parcjalne CO

- ciśnienie parcjalne CO₂

- ciśnienie całkowite

(3.04)                         

gdzie:

;  

 liczymy tylko dla reagentów występujących w fazie gazowej.

Równowaga CaCO₃, CaO, CO₂

Jako kolejny przykład równowagi chemicznej w układzie heterogenicznym można rozważyć termiczny rozkład stałego węglanu wapnia:

(3.05)             

Uwzględniając fakt, że w układzie pojawia się tylko jedna faza gazowa CO₂, równanie wyrażające prawo działania mas przyjmuje postać:

 (3.06)              ; ; 

 jeżeli: p = 1 atm;    

(3.07)