Напрямок усунення хімічної рівноваги. Зміщення хімічної рівноваги під впливом різних факторів

Якщо зовнішні умови хімічного процесу не змінюються, стан хімічної рівноваги може зберігатися скільки завгодно довго. Зміною умов проведення реакції (температури, тиску, концентрації) можна досягти усунення або зсуву хімічної рівноваги у необхідному напрямку.

Усунення рівноваги вправо призводить до збільшення концентрації речовин, формули яких знаходяться у правій частині рівняння. Зміщення рівноваги вліво призводитиме до збільшення концентрації речовин, формули яких знаходяться зліва. При цьому система перейде в новий стан рівноваги, що характеризується іншими значеннями рівноважних концентрацій учасників реакції.

Усунення хімічної рівноваги, викликане зміною умов, підпорядковується правилу, сформульованому 1884 року французьким фізиком А. Ле Шательє (принцип Ле Шательє).

Принцип Ле Шательє:якщо на систему, що знаходиться в стані хімічної рівноваги, надати будь-який вплив, наприклад, змінити температуру, тиск або концентрації реагентів, то рівновага зміститься в напрямку тієї реакції, яка послаблює вплив, що надається. .

Вплив зміни концентрації на усунення хімічної рівноваги.

Відповідно до принципу Ле Шательє збільшення концентрації кожного з учасників реакції викликає усунення рівноваги у бік тієї реакції, що призводить до зменшення концентрації цієї речовини.

Вплив концентрації на стан рівноваги підпорядковується наступним правилам:

При підвищенні концентрації однієї з вихідних речовин зростає швидкість прямої реакції та рівновага зсувається у напрямку утворення продуктів реакції і навпаки;

При підвищенні концентрації одного з продуктів реакції зростає швидкість зворотної реакції, що призводить до усунення рівноваги в напрямку утворення вихідних речовин і навпаки.

Наприклад, якщо у рівноважній системі:

SO 2(г) + NO 2(г) SO 3(г) + NO(г)

збільшити концентрації SO 2 або NO 2 то відповідно до закону діючих мас, зросте швидкість прямої реакції. Це призведе до усунення рівноваги вправо, що зумовить витрачання вихідних речовин та збільшення концентрації продуктів реакції. Встановиться новий стан рівноваги з новими рівноважними концентраціями вихідних речовин та продуктів реакції. При зменшенні концентрації, наприклад одного з продуктів реакції, система відреагує таким чином, щоб концентрацію продукту збільшити. Перевага отримає пряма реакція, що веде до збільшення концентрації продуктів реакції.

Вплив зміни тиску на усунення хімічної рівноваги.

Відповідно до принципу Ле Шательє підвищення тиску призводить до усунення рівноваги у бік утворення меншої кількості газоподібних частинок, тобто. у бік меншого обсягу.

Наприклад, у оборотній реакції:

2NO 2(г) 2NO(г) + O 2(г)

з 2 моль NO 2 утворюється 2 моль NO і 1 моль O 2 . Стехіометричні коефіцієнти перед формулами газоподібних речовин вказують, що перебіг прямої реакції призводить до збільшення числа моль газів, а перебіг зворотної реакції, навпаки, зменшує кількість моль газоподібної речовини. Якщо на таку систему надати зовнішній вплив шляхом, наприклад, шляхом збільшення тиску, система відреагує таким чином, щоб цей вплив послабити. Тиск може знизитися, якщо рівновага даної реакції зміститься у бік меншого числа молей газоподібної речовини, отже, і меншого обсягу.

Навпаки, підвищення тиску в цій системі пов'язане зі зміщенням рівноваги вправо - у бік розкладання NO 2 що збільшує кількість газоподібної речовини.

Якщо кількість моль газоподібних речовин до і після реакції залишається постійним, тобто. обсяг системи в ході реакції не змінюється, то зміна тиску однаково змінює швидкості прямої та зворотної реакцій і не впливає на стан хімічної рівноваги.

Наприклад, у реакції:

H 2(г) + Cl 2(г) 2HCl (г) ,

загальна кількість моль газоподібних речовин до і після реакції залишається постійним та тиск у системі не змінюється. Рівновага в даній системі при зміні тиску не зміщується.

Вплив зміни температури на усунення хімічної рівноваги.

У кожній оборотній реакції один із напрямків відповідає екзотермічному процесу, а інший - ендотермічному. Так у реакції синтезу аміаку пряма реакція – екзотермічна, а зворотна реакція – ендотермічна.

N 2(г) + 3H 2(г) 2NH 3(г) + Q(-ΔH).

При зміні температури змінюються швидкості як прямої, і зворотної реакцій, проте, зміна швидкостей відбувається над однаковою мірою. Відповідно до рівняння Арреніуса переважно на зміну температури реагує ендотермічна реакція, що характеризується великим значенням енергії активації.

Отже, для оцінки впливу температури на напрямок усунення хімічної рівноваги необхідно знати тепловий ефект процесу. Його можна визначити експериментально, наприклад, за допомогою калориметра, або розрахувати на основі закону Г. Гесса. Варто зазначити, що Зміна температури призводить до зміни величини константи хімічної рівноваги (K p).

Відповідно до принципу Ле Шательє підвищення температури зміщує рівновагу у бік ендотермічної реакції. При зниженні температури рівновага зміщується у бік екзотермічної реакції.

Таким чином, підвищення температуриу реакції синтезу аміаку призведе до зміщення рівноваги у бік ендотермічноїреакції, тобто. ліворуч. Перевага отримує зворотна реакція, що протікає з поглинанням тепла.

Якщо система перебуває у стані рівноваги, вона перебуватиме у ньому до того часу, поки зовнішні умови зберігаються постійними. Якщо умови зміниться, то система вийде з рівноваги - швидкості прямого і зворотного процесів зміняться неоднаково - протікатиме реакція. Найбільше значення мають випадки порушення рівноваги внаслідок зміни концентрації будь-якої речовини, що беруть участь у рівновазі, тиску або температури.

Розглянемо кожен із цих випадків.

Порушення рівноваги внаслідок зміни концентрації будь-якої з речовин, що беруть участь у реакції. Нехай водень, йодоводород і пари йоду знаходяться в рівновазі один з одним за певних температур і тиску. Введемо в систему додатково кілька водню. Відповідно до закону дії мас, збільшення концентрації водню спричинить збільшення швидкості прямої реакції - реакції синтезу HI, тоді як швидкість зворотної реакції не зміниться. У прямому напрямку реакція тепер протікатиме швидше, ніж у зворотному. В результаті цього концентрації водню і парів йоду будуть зменшуватися, що спричинить уповільнення прямої реакції, а концентрація HI зростатиме, що викликає прискорення зворотної реакції. Через деякий час швидкості прямої та зворотної реакцій знову зрівняються-встановиться нова рівновага. Але при цьому концентрація HI буде тепер вищою, ніж вона була до додавання, а концентрація - нижче.

Процес зміни концентрацій, спричинений порушенням рівноваги, називається усуненням або зсувом рівноваги. Якщо при цьому відбувається збільшення концентрацій речовин, що стоять у правій частині рівняння (і, звичайно, одночасно зменшення концентрацій речовин, що стоять ліворуч), то кажуть, що рівновага зміщується вправо, тобто в напрямку перебігу прямої реакції; при зворотній зміні концентрацій говорять про усунення рівноваги вліво - у напрямку зворотної реакції. У розглянутому прикладі рівновага змістилася праворуч. У цьому та речовина , збільшення концентрації якого викликало порушення рівноваги, вступив у реакцію - його концентрація знизилася.

Таким чином, зі збільшенням концентрації будь-якої з речовин, що беруть участь у рівновазі, рівновага зміщується у бік витрати цієї речовини; при зменшенні концентрації будь-якої з речовин рівновага зміщується у бік утворення цієї речовини.

Порушення рівноваги внаслідок зміни тиску (шляхом зменшення чи збільшення обсягу системи). Коли реакції беруть участь гази, рівновага може порушитися при зміні обсягу системи.

Розглянемо вплив тиску на реакцію між монооксидом азоту та киснем:

Нехай суміш газів і знаходиться в хімічній рівновазі при певній температурі і тиску. Не змінюючи температури, збільшимо тиск так, щоб об'єм системи зменшився у 2 рази. У перший момент парціальні тиску та концентрації всіх газів зростуть удвічі, але при цьому зміниться співвідношення між швидкостями прямої та зворотної реакцій – рівновага порушиться.

Насправді, до збільшення тиску концентрації газів мали рівноважні значення , і , а швидкості прямої та зворотної реакцій були однакові та визначалися рівняннями:

У перший момент після стиснення концентрації газів збільшаться вдвічі в порівнянні з їх вихідними значеннями і дорівнюватимуть відповідно , і . При цьому швидкості прямої та зворотної реакцій будуть визначатися рівняннями:

Таким чином, внаслідок збільшення тиску швидкість прямої реакції зросла у 8 разів, а зворотної – лише у 4 рази. Рівновага в системі порушиться – пряма реакція переважатиме над зворотною. Після того як швидкості зрівняються, знову встановиться рівновага, але кількість у системі зросте, рівновага зміститься праворуч.

Неважко бачити, що неоднакова зміна швидкостей прямої та зворотної реакцій пов'язана з тим, що в лівій і правій частинах рівняння аналізованої реакції різна кількість молекул газів: одна молекула кисню і дві молекули монооксиду азоту (всього три молекули газів) перетворюються на дві молекули газу - діоксид азоту. Тиск газу є результатом ударів його молекул об стінки судини; за інших рівних умов тиск газу тим вищий, чим більше молекул укладено в даному обсязі газу. Тому реакція, що протікає зі збільшенням числа молекул газів, призводить до зростання тиску, а реакція, що протікає зі зменшенням числа молекул газів, - до його зниження.

Пам'ятаючи про це, висновок про вплив тиску на хімічну рівновагу можна сформулювати так:

При збільшенні тиску шляхом стиснення системи рівновага зсувається у бік зменшення числа молекул газів, тобто у бік зниження тиску, при зменшенні тиску рівновага зсувається у бік зростання числа молекул газів, тобто у бік збільшення тиску.

У тому випадку, коли реакція протікає без зміни числа молекул газів, рівновага не порушується при стисканні або розширенні системи. Наприклад, у системі

рівновага не порушується за зміни обсягу; Вихід HI не залежить від тиску.

Порушення рівноваги внаслідок зміни температури. Рівнавага переважної більшості хімічних реакцій зсувається за зміни температури. Фактором, який визначає напрямок усунення рівноваги, є при цьому знак теплового ефекту реакції. Можна показати, що з підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної, а при зниженні - у бік екзотермічної реакції.

Так, синтез аміаку є екзотермічною реакцією

Тому при підвищенні температури рівновага в системі зсувається вліво - у бік розкладання аміаку, оскільки цей процес йде з поглинанням теплоти.

Навпаки, синтез оксиду азоту (II) є ендотермічною реакцією:

Тому при підвищенні температури рівновага в системі зрушується вправо - у бік освіти.

Закономірності, які виявляються в розглянутих прикладах порушення хімічної рівноваги, є окремими випадками загального принципу, що визначає вплив різних факторів на рівноважні системи. Цей принцип, відомий під назвою принципу Ле Шательє, щодо хімічних рівноваг можна сформулювати так:

Якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, надати будь-який вплив, то в результаті процесів, що протікають в ній, рівновага зміститься в такому напрямку, що наданий вплив зменшиться.

Дійсно, при введенні в систему однієї з речовин, що беруть участь у реакції, рівновага зміщується у бік витрати цієї речовини. "При підвищенні тиску воно зміщується так, що тиск у системі знижується; при підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної реакції - температура в системі падає.

Принцип Ле Шательє поширюється як на хімічні, а й у різні фізико-хімічні рівноваги. Усунення рівноваги при зміні умов таких процесів, як кипіння, кристалізація, розтирання, відбувається відповідно до принципу Ле Шательє.

Хімічна рівновага властива оборотнимреакцій і не характерно для незворотниххімічні реакції.

Часто, при здійсненні хімічного процесу, вихідні речовини, що реагують, повністю переходять у продукти реакції. Наприклад:

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Неможливо отримати металеву мідь, проводячи реакцію у напрямі, т.к. дана реакція необоротна. У таких процесах реагенти повністю перетворюються на продукти, тобто. реакція протікає остаточно.

Але основна частина хімічних реакцій оборотна, тобто. ймовірно паралельне перебіг реакції у прямому та зворотному напрямках. Інакше кажучи, реагенти лише частково переходять у продукти і реакційна система складатиметься як з реагентів, так і продуктів. Система в даному випадку перебуває в стані хімічної рівноваги

При оборотних процесах спочатку пряма реакція має максимальну швидкість, яка поступово знижується, у зв'язку зі зменшенням кількості реагентів. Зворотна реакція, навпаки, має мінімальну швидкість, яка збільшується в міру накопичення продуктів. Зрештою, настає момент, коли швидкості обох реакцій стають рівними – система входить у стан рівноваги. При настанні стану рівноваги концентрації компонентів залишаються незмінними, але хімічна реакція при цьому не припиняється. Т.о. - Це динамічний (рухливий) стан. Для наочності наведемо наступний малюнок:

Припустимо, протікає якась оборотна хімічна реакція:

а А + b В = С + D D

тоді, виходячи із закону діючих мас, запишемо вирази прямийυ 1 і зворотнійυ 2 реакцій:

υ1 = k 1 · [A] a · [B] b

υ2 = k 2 · [C] c · [D] d

В стані хімічної рівноваги, Швидкості прямої і зворотної реакції рівні, тобто:

k 1 · [A] a · [B] b = k 2 · [C] c · [D] d

отримуємо

До= k 1 / k 2 = [C] c · [D] d · [A] a · [B] b

Де К =k 1 / k 2 – константа рівноваги.

Для будь-якого оборотного процесу, за заданих умов kє постійною величиною. Вона залежить від концентрацій речовин, т.к. при зміні кількості однієї речовини, кількості інших компонентів також змінюються.

При зміні умов протікання хімічного процесу можливе зміщення рівноваги.

Чинники, що впливають на зміщення рівноваги:

• зміна концентрацій реагентів або продуктів,
• зміна тиску,
• зміна температури,
• внесення каталізатора до реакційного середовища.

Принцип Ле-Шательє

Всі перераховані вище фактори впливають на зміщення хімічної рівноваги, яке підпорядковується принципом Ле-Шательє: якщо змінити одну з умов, за якої система перебуває в стані рівноваги – концентрацію, тиск чи температуру, то рівновага зміститься у напрямку тієї реакції, яка протидіє цій зміні.Тобто. рівновагу прагне зміщення у напрямі, що призводить до зменшення впливу впливу, що призвело до порушення стану рівноваги.

Отже, розглянемо окремо вплив кожного їх чинників стан рівноваги.

Вплив зміни концентрацій реагентів чи продуктів покажемо на прикладі процесу Габера:

N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г)

Якщо рівноважну систему, що складається з N 2(г) , H 2(г) і NH 3(г) , додати, наприклад, азот, то рівновага повинна зміститися в напрямку, яке сприяло б зменшенню кількості водню у бік його вихідного значення, тобто. у напрямі утворення додаткової кількості аміаку (вправо). При цьому одночасно відбудеться зменшення кількості водню. При додаванні в систему водню також відбудеться зміщення рівноваги у бік утворення нової кількості аміаку (вправо). Тоді як внесення до рівноважної системи аміаку, згідно принципом Ле-Шательє , Викликає зміщення рівноваги в бік того процесу, який сприятливий для утворення вихідних речовин (ліворуч), тобто. концентрація аміаку повинна зменшитися за допомогою розкладання деякої кількості на азот і водень.

Зменшення концентрації одного з компонентів, змістить рівноважний стан системи у бік утворення цього компонента.

Вплив зміни тиску має сенс, якщо в досліджуваному процесі беруть участь газоподібні компоненти і при цьому зміна загальної кількості молекул. Якщо загальна кількість молекул у системі залишається постійним, то зміна тиску не впливаєна її рівновагу, наприклад:

I 2(г) + H 2(г) = 2HI(г)

Якщо повний тиск рівноважної системи збільшувати шляхом зменшення її обсягу, то рівновага зміститься у бік зменшення обсягу. Тобто. у бік зменшення числа газув системі. У реакції:

N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г)

з 4 молеул газу (1 N 2(г) та 3 H 2(г)) утворюється 2 молекули газу (2 NH 3(г)), тобто. тиск у системі зменшується. Внаслідок чого, зростання тиску сприятиме освіті додаткової кількості аміаку, тобто. рівновага зміститься у бік її освіти (вправо).

Якщо температура системи стала, то зміна повного тиску системи не призведе до зміни константи рівноваги До.

Зміна температури системи впливає як зміщення її рівноваги, а й у константу рівноваги До.Якщо рівноважній системі, при постійному тиску, повідомляти про додаткову теплоту, то рівновага зміститься у бік поглинання теплоти. Розглянемо:

N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г) + 22 ккал

Отже, очевидно, пряма реакція протікає із теплоти, а зворотна – з поглинанням. При збільшенні температури, рівновага цієї реакції зміщується у бік реакції розкладання аміаку (ліворуч), т.к. вона є і послаблює зовнішній вплив - підвищення температури. Навпаки, охолодження призводить до усунення рівноваги у бік синтезу аміаку (вправо), т.к. реакція є екзотермічною та протидіє охолодженню.

Таким чином, зростання температури сприяє зміщенню хімічної рівновагиу бік ендотермічної реакції, а падіння температури – у напрямку екзотермічного процесу . Константи рівновагивсіх екзотермічних процесів при зростанні температури зменшуються, а ендотермічних – збільшуються.

Вивчення параметрів системи, що включає вихідні речовини та продукти реакції, дозволяє з'ясувати, які фактори зміщують хімічну рівновагу та ведуть до бажаних змін. На висновках Ле Шательє, Брауна та інших вчених про способи проведення оборотних реакцій засновані промислові технології, що дозволяють здійснити процеси, що раніше здавалися неможливими, отримати економічну вигоду.

Різноманітність хімічних процесів

За особливостями теплового ефекту багато реакцій відносять до екзо-або ендотермічних. Перші йдуть із утворенням теплоти, наприклад, окиснення вуглецю, гідратація концентрованої сірчаної кислоти. Другий тип змін пов'язаний із поглинанням теплової енергії. Приклади ендотермічних реакцій: розпад карбонату кальцію з утворенням гашеного вапна та вуглекислого газу, утворення водню та вуглецю при термічному розкладанні метану. У рівняннях екзо- та ендотермічних процесів необхідно вказувати тепловий ефект. Перерозподіл електронів між атомами реагуючих речовин відбувається в окислювально-відновних реакціях. Чотири типи хімічних процесів виділяють за особливостями реагентів та продуктів:

Для характеристики процесів важлива повнота взаємодії реагуючих сполук. Ця ознака лежить в основі поділу реакцій на оборотні та незворотні.

Оборотність реакцій

Оборотні процеси становлять більшість серед хімічних явищ. Освіта кінцевих продуктів із реагентів є прямою реакцією. У зворотній вихідні речовини виходять з продуктів свого розкладання або синтезу. У реагує суміші виникає хімічна рівновага, при якому виходить стільки ж сполук, скільки розкладається вихідних молекул. У оборотних процесах замість знака "=" між реагентами та продуктами використовуються символи "↔" або "⇌". Стрілки можуть бути неоднаковими по довжині, що пов'язано з домінуванням однієї з реакцій. У хімічних рівняннях можна вказувати агрегатні характеристики речовин (г – гази, ж – рідини, т – тверді). Величезне практичне значення мають науково обґрунтовані прийоми впливу оборотні процеси. Так, виробництво аміаку стало рентабельним після створення умов, що зсувають рівновагу у бік утворення цільового продукту: 3Н 2(г) + N 2(г) ⇌ 2NH 3(г) . Необоротні явища призводять до появи нерозчинної або малорозчинної сполуки, утворення газу, що залишає сферу реакції. До таких процесів можна віднести іонний обмін, розпад речовин.

Хімічна рівновага та умови його зміщення

На характеристики прямого та зворотного процесів впливає кілька факторів. Один із них — час. Концентрація взятої реакції речовини поступово знижується, а кінцевого з'єднання — зростає. Реакція прямого напряму йде дедалі повільніше, зворотний процес набирає швидкість. У певний проміжок два протилежні процеси йдуть синхронно. Взаємодія між речовинами відбувається, але концентрації не змінюються. Причина - динамічна хімічна рівновага, яка встановилася в системі. Його збереження чи зміна залежить від:

• температурних умов;
• концентрації сполук;
• тиску (для газів).

Зміщення хімічної рівноваги

У 1884 році видатний учений із Франції А. Л. Ле Шательє запропонував опис способів виведення системи зі стану динамічної рівноваги. У основі методу лежить принцип нівелювання дії зовнішніх чинників. Ле Шательє звернув увагу, що в суміші, що реагує, виникають процеси, що компенсують вплив сторонніх сил. Сформульований французьким дослідником принцип свідчить, що зміна умов у стані рівноваги сприяє перебігу реакції, що послаблює сторонній вплив. Усунення рівноваги підпорядковується цьому правилу, воно дотримується, коли змінюється склад, температурні умови та тиск. Технології, засновані на висновках вчених, використовують у промисловості. Багато хімічних процесів, які вважалися практично неможливими, проводяться завдяки способам усунення рівноваги.

Вплив концентрації

Зсув рівноваги відбувається, якщо вилучити із зони взаємодії певні компоненти або додатково ввести порції речовини. Видалення продуктів з реакційної суміші зазвичай викликає збільшення швидкості їх утворення, додавання речовин навпаки призводить до їх переважного розпаду. У процесі етерифікації для зневоднення використовують сірчану кислоту. При введенні її у сферу реакції підвищується вихід метилацетату: СН 3 СООН + СН 3 ВІН ↔ СН 3 СООСН 3 + Н 2 О. Якщо додавати кисень, що взаємодіє з діоксидом сірки, то хімічна рівновага зміщується у бік прямої реакції утворення триоксиду сірки. Кисень зв'язується в молекули SO 3 його концентрація знижується, що узгоджується з правилом Ле Шательє для оборотних процесів.

Зміна температури

Процеси, що йдуть з поглинанням або виділенням тепла, – ендо- та екзотермічні. Для зміщення рівноваги використовується нагрівання або відведення тепла від суміші, що реагує. Зростання температури супроводжується підвищенням швидкості ендотермічних явищ, у яких додаткова енергія поглинається. Охолодження призводить до переваг екзотермічних процесів, що йдуть з виділенням тепла. При взаємодії діоксиду вуглецю з вугіллям нагрівання супроводжується збільшенням концентрації монооксиду, а охолодження веде до переважного утворення сажі: 2 (г) + З (т) ↔ 2СО (г) .

Вплив тиску

Зміна тиску - важливий фактор для реагуючих сумішей, що включають газоподібні сполуки. Також слід звернути увагу на різницю обсягів вихідних речовин, що виходять. Зниження тиску веде до переважного перебігу явищ, у яких зростає загальний обсяг всіх компонентів. Зростання тиску спрямовує процес у бік зниження обсягу всієї системи. Така закономірність дотримується реакції освіти аміаку: 0,5N 2(г) + 1,5Н 2(г) ⇌ NH 3(г) . Зміна тиску не вплине на хімічну рівновагу тих реакціях, які йдуть при незмінному обсязі.

Оптимальні умови здійснення хімічного процесу

Створення умов зміщення рівноваги багато чому визначає розвиток сучасних хімічних технологій. Практичне використання наукової теорії сприяє отриманню оптимальних результатів виробництва. Найбільш яскравий приклад - одержання аміаку: 0,5N 2(г) + 1,5Н 2(г) ⇌ NH 3(г) . Підвищення вмісту в системі молекул N 2 і Н 2 сприятливо для синтезу складної речовини із простих. Реакція супроводжується виділенням теплоти, тому зниження температури викликає збільшення концентрації NH 3 . Обсяг вихідних компонентів більший, ніж цільового продукту. Зростання тиску забезпечить підвищення виходу NH3.

У разі виробництва підбирають оптимальне співвідношення всіх параметрів (температури, концентрації, тиску). Крім того, має велике значення площа зіткнення між реагентами. У жорстких гетерогенних системах збільшення поверхні веде до зростання швидкості реакції. Каталізатори збільшують швидкість прямої та зворотної реакції. Застосування речовин з такими властивостями не призводить до усунення хімічної рівноваги, але прискорює його настання.

Перехід хімічної системи з одного рівноважного стану до іншого називається зміщенням (зсувом) рівноваги. У силу динамічного характеру хімічної рівноваги воно виявляється чутливим до зовнішніх умов і здатне реагувати на їхню зміну.

Напрямок зміщення положення хімічної рівноваги внаслідок зміни зовнішніх умов визначається правилом, вперше сформульованим французьким хіміком та металознавцем Анрі Луї Ле Шательє у 1884 році та названим на його честь принципом Ле Шательє:

Якщо систему, що у стані рівноваги, надають зовнішнє вплив, то системі відбувається таке зміщення рівноваги, яке послаблює цей вплив.

Існує три основні параметри, змінюючи які можна зміщувати хімічну рівновагу. Це – температура, тиск та концентрація. Розглянемо їх вплив на прикладі рівноважної реакції:

1) Вплив температури. Оскільки для цієї реакції DH°<0, следовательно, прямая реакция идет с выделением тепла (+Q), а обратная реакция – с поглощением тепла (-Q):

2NO(Г) + O 2(Г) 2NO 2(Г)

У разі підвищення температури, тобто. при внесенні до системи додаткової енергії, рівновага зміщується у бік зворотної ендотермічної реакції, яка цей надлишок енергії витрачає. При зменшенні температури, навпаки, рівновага зміщується у бік реакції, яка йде із тепла, щоб воно компенсувало охолодження, тобто. рівновага зміщується у бік прямої реакції.

При підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної реакції, що йде з поглинанням енергії.

При зниженні температури рівновага зміщується у бік екзотермічної реакції, що з виділенням енергії.

2) Вплив обсягу. При підвищенні тиску більшою мірою зростає швидкість реакції, що протікає із зменшенням обсягу (DV<0). При понижении давления ускоряется реакция, протекающая с увеличением объема (DV>0).

При перебігу аналізованої реакції з 3 моль газоподібних речовин утворюється 2 моль газів:

2NO(Г) + O 2(Г) 2NO 2(Г)

3 моль газу 2 моль газу

V ІСХ > V ПРОД

DV = V ПРОД - V ІСХ<0

Тому за підвищенні тиск рівновагу зміщується убік меншого обсягу системи, тобто. продуктів реакції. При зниженні тиску усунення рівноваги відбувається у бік вихідних речовин, що займають більший обсяг

При підвищенні тиску рівновага зміщується у бік реакції, що йде з утворенням меншої кількості молей газоподібних речовин.

При зниженні тиску рівновага зміщується у бік реакції, що з утворенням більшої кількості молей газоподібних речовин.

3) Вплив концентрації. При підвищенні концентрації зростає швидкість реакції, за якою вводиться речовина витрачається. Дійсно при внесенні до системи додаткової кількості кисню система «витрачає» його на протікання прямої реакції. При зниженні концентрації O2 цей недолік компенсується шляхом розпаду продукту реакції (NO2) на вихідні речовини.

При підвищенні концентрації вихідних речовин або зниження концентрації продуктів рівновага зміщується у бік прямої реакції.

При зниженні концентрації вихідних речовин або підвищення концентрації продуктів рівновага зміщується у бік зворотної реакції.

Введення каталізатора в систему не впливає на зміщення положення хімічної рівноваги, оскільки каталізатор однаково збільшує швидкість прямої, так і зворотної реакції.