1.2 Смещение химического равновесия
Состояние химического равновесия сохраняется при данных неизменных условиях любое время. При изменении условий состояние равновесия нарушается, так как при этом скорости противоположных процессов изменяются в разной степени. Спустя некоторое время система снова приходит в состояние равновесия, но уже отвечающее новым, изменившимся условиям.
Смещение равновесия в зависимости от изменения условий определяется принципом Ле Шателье: “Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывают воздействие извне путем изменения какого-либо из условий, определяющих положение равновесия, то оно смещается в направлении того процесса, протекание которого ослабляет эффект произведенного воздействия”.
Иными словами: “Если изменить условия, при которых система находилась в равновесии, то оно смещается в сторону той реакции, которая противодействует произведенному изменению”.
Изменение температуры оказывает влияние на сдвиг химического равновесия для процессов, сопровождающихся тепловыми эффектами. Если прямая реакция для данной системы экзотермическая, то обратная - эндотермическая и наоборот. Повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции, идущей с поглощением теплоты. Понижение температуры в системе смещает равновесие в сторону экзотермической реакции, идущей с выделением теплоты. В общем случае:
(Экзотермическая
реакция)
повышение температуры
¬-¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾`
понижение температуры
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®
(Эндотермическая
реакция)
повышение температуры
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®
понижение температуры
¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Увеличение концентрации одного из исходных веществ приводит к смещению равновесия вправо, т.е. в сторону большего выхода продукта. Этого эффекта можно добиться и при выведении полученных веществ из сферы реакции, т.к. это приводит к уменьшению скорости обратной реакции и возрастанию скорости прямой реакции.
В общем случае:
при увеличении концентрации веществ А и В
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®
при уменьшении концентрации веществ Д и F
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®
при уменьшении концентрации веществ А и В
¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
при увеличении концентрации веществ Д и F
¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Изменение давления (путем уменьшения или увеличения объема) может нарушить равновесие в системе, содержащей газообразные вещества. Рассмотрим влияние давления на равновесие в системе.
2NO(г) + Cl2(г) ⇄2NOCl(г)
Первоначальная
скорость прямой и обратной реакций
определяется уравнениями:
;
.
Если в системе увеличить давление в 2 раза, то новые скорости прямой и обратной реакций определяются уравнениями:
Таким образом, в результате увеличения давления скорость прямой реакции возросла в 8 раз, а обратной - только в 4 раза. Равновесие в системе нарушится - прямая реакция будет преобладать над обратной. После того, как скорости через какой-то промежуток времени сравняются, вновь установится равновесие, но количество NOCl в системе возрастет (его парциальное давление увеличится) - равновесие сместится вправо.
Неодинаковое изменение скоростей прямой и обратной реакций связано с тем, что в левой и правой частях уравнение различно число молекул газов. Давление газа есть результат ударов его молекул о стенки сосуда; при прочих равных условиях давление газа тем выше, чем больше молекул заключено в данном объеме газа. Поэтому реакция, протекающая с увеличением числа молекул газов (обратная в данном случае), приводит к возрастанию давления, а реакция, протекающая с уменьшением числа молекул газов (прямая в данном случае), приводит к уменьшению давления.
Таким образом, при увеличении давления в системе равновесие сдвигается в сторону уменьшения числа молекул газов, т.е. в сторону понижения давления; при уменьшении давления в системе равновесие сдвигается в сторону возрастания числа молекул газов, т.е. в сторону увеличения давления.