Закон действующих масс

Зако́н де́йствующих масс (закон действия масс), при установившемся химическом равновесии определяет соотношение между концентрациями продуктов химической реакции и исходных реагентов (в химической термодинамике) и зависимость скорости реакции от концентраций компонентов (в химической кинетике). Закон действующих масс сформулирован в 1864–1867 гг. норвежскими учёными К. М. Гульдбергом и П. Вааге, назвавшими «действующей массой» вещества его количество в единице объёма (концентрацию). Термодинамический вывод закона действующих масс сделан Дж. У. Гиббсом в 1875 г. Исходя из предположения, что скорость реакции определяется вероятностью столкновения вступающих во взаимодействие частиц, Гульдберг и Вааге в 1879 г. предложили кинетический вывод закона.

Для химической реакции в состоянии равновесия закон действующих масс может быть представлен общим уравнением: ${\displaystyle \displaystyle \sum _{i}\nu _{i}\mu _{i}=0}$, где ${\displaystyle \mu _{i}}$ – химический потенциал ${\displaystyle i}$-го компонента системы, ${\displaystyle \nu _{i}}$ – стехиометрический коэффициент (положительный для продуктов реакции, отрицательный для реагентов). Для реакций в растворах закон действующих масс записывают через произведение активностей ${\displaystyle a_{i}}$ компонентов: ${\displaystyle \prod \limits _{i}a_{i}^{\nu _{i}}=K_{a}}$, где ${\displaystyle K_{a}}$ – константа равновесия. В случае идеальных растворов вместо активностей компонентов используют концентрации реагирующих и образующихся в растворе частиц – молекул, ионов (константа равновесия ${\displaystyle K_{c}}$). Для реакций в газах активности заменяют летучестями (константа равновесия ${\displaystyle K_{f}}$); если реагирующую систему можно считать идеальной газовой смесью, вместо летучестей применяют парциальные давления компонентов (константа равновесия ${\displaystyle K_{p}}$). Поскольку при химическом равновесии суммарная скорость обратимой реакции обращается в ноль, для равновесного отношения концентраций продуктов реакции и исходных веществ закон действующих масс может быть записан в виде: ${\displaystyle K_{c}=k'/k}$, где ${\displaystyle k'}$ и ${\displaystyle k}$ – константы скорости прямой и обратной реакций.

Закон действующих масс позволяет оптимизировать химические стадии производственных процессов, на основании термодинамических данных предсказывать равновесные состояния химических процессов при изменении условий их протекания.