Значение химических равновесий в природе

Отличия химических равновесий в неживой и живой природе. Любая химическая реакция в неживой и живой природе может самопроизвольно протекать только в направлении, позволяющем достичь равновесия. После достижения состояния равновесия увеличение концентраций продуктов реакции прекращается. Смещение равновесия в обратном направлении, т. е. в сторону реакции превращения продуктов в исходные вещества, возможно только за счет подвода энергии к реакционной системе извне.

В неживой природе такой подвод энергии почти пе встречается, и потому в неживой природе идут только самопроизвольные химические реакции, протекающие до состояния химического равновесия. Напротив, в живых организмах чрезвычайно распространен подвод энергии для осуществления обратных реакций, т. е. превращения продуктов самопроизвольных реакций в реагенты. По этой причине число неорганических соединений, являющихся естественными продуктами развития литосферы, атмосферы и гидросферы, значительно уступает числу природных органических веществ.

Особые случаи равновесия в природе. На поверхности малорастворимых, но постоянно контактирующих с водой минералов протекают реакции, которые являются причиной их выветривания, т. е. разрушения под воздействием воды, углекислого газа, кислорода. Типичным примером выветривания пород является растворение карбонатов:

Подобные реакции происходят медленно, но грунтовые воды имеют продолжительный контакт с минералами типа известняка СаС0₃. В результате такие реакции протекают или до достижения состояния истинного равновесия, или так называемого квазиравновесия, когда равновесие почти достигается (частица «квази» здесь имеет смысл «почти», «близко»). Ряд таких реакций рассматривается в химии элементов.

Надо отметить, что квазиравновесный характер природных процессов, подобных превращению твердого СаС0₃ в раствор Са (НС0₃)₂, часто связан с принципом Ле Шателье. Поступающий в виде атмосферных осадков раствор С0₂ в воде замещает раствор, находившийся в контакте с СаС0₃. Иными словами, реагент поступает из окружающей среды, а продукт Са (НС0₃)₂ выводится из реагирующей системы.

В соответствии с принципом Ле Шателье это вызывает сдвиг равновесия в сторону прямой реакции.

В природе существуют также нсевдоравновесия (частица «псевдо» означает «ложный», «мнимый») или метастабильные состояния. Псевдоравновесия проявляются в том, что реакции с большими константами равновесия при определенных условиях не идут из-за высоких энергий активации. Например, сухая древесина (целлюлоза), торф, залежи каменного угля, нефть могут гореть, но в обычных условиях не воспламеняются, так как для начала реакции горения нужно затратить большую энергию активации. Когда же в результате нарушения нсевдоравновесия загораются леса, торфяные или каменноугольные залежи, нефтяные или газовые месторождения, то такие пожары носят характер стихийного бедствия.