Влияние различных факторов на смещение равновесия. Принцип Ле Шателье

Если система находится в состоянии равновесия, то она будет прибывать в нем до тех пор, пока внешние условия сохраняются постоянными. Если же условия изменятся, то система выйдет из равновесия – скорости прямого и обратного процессов изменятся неодинаково – будет протекать реакция. Наибольшее значение имеют случаи нарушения равновесия вследствие изменения концентрации какого-либо из в-в, участвующих в равновесии, давления и температуры.

Нарушение равновесия вследствие изменения концентрации какого-либо из в-в, участвующих в реакции. Пусть водород, иодоводород и пары иода находятся в равновесии друг с другом при определенных температуре и давлении. Введем в систему дополнительно некоторое к-во водорода. Согласно закону действия масс, увеличение концентрации водорода повлечет за собой увеличение скорости прямой реакции – реакции синтеза иодоводорода, тогда как скорость обратной реакции не изменится. В прямом направлении реакция будет теперь протекать быстрей, чем в обратном. В результате этого концентрации водорода и паров иода будут уменьшаться, что повлечет за собой замедление прямой реакции, а концентрация иодоводорода будет возрастать, что вызовет ускорение обратной реакции. Через некоторое время скорости прямой и обратной реакций вновь сравняются – установится новое равновесие. Но при этом концентрация иодоводорода будет теперь выше, чем она была до добавления водорода, а концентрация иода – ниже.

Процесс изменения концентраций, вызванный нарушением равновесия, называется смещением или сдвигом равновесия. Если при этом происходит увеличение концентраций в-в, стоящих в правой части уравнения (и, конечно, одновременно уменьшение концентраций в-в, стоящих слева), то говорят, что равновесие смещается вправо, то есть в направлении течения прямой реакции; при обратном изменении концентрации говорят о смещении равновесия влево – в направлении обратной реакции. В рассмотренном примере равновесие сместилось вправо. При этом то в-во (водород), увеличение концентрации которого вызвало нарушение равновесия, вступило в реакцию – его концентрация снизилась.

Таким образом, при увеличении концентрации какого-либо из в-в, участвующих в равновесии, равновесие смещается в сторону расхода этого в-ва; при уменьшении концентрации какого-либо из в-в равновесие смещается в сторону образования этого в-ва.

Нарушение равновесия вследствие изменения давления (путем уменьшения или увеличения объема системы). Когда в реакции участвуют газы, равновесие может нарушится при изменении объема системы.

Рассмотрим влияние давления на реакцию между монооксидом азота и кислородом:

2NO+O₂↔2NO₂

Пусть смесь газов NO, O₂ и NO₂ находится в химическом равновесии при определенной температуре и давлении. Не изменяя температуры, увеличим давление так, чтобы объем системы уменьшился в 2 раза. В первый момент парциальные давления и концентрации всех газов возрастут в 2 раза, но при этом изменится соотношение между скоростями прямой и обратной реакций – равновесие нарушится.

При увеличении давления путем сжатия системы равновесие сдвигается в сторону уменьшения числа молекул газов, то есть в сторону понижения давления; при уменьшении давления равновесие смещается в сторону возрастания числа молекул газов, о есть в сторону увеличения давления.

Нарушение равновесия вследствие изменения температуры. Фактором, определяющим направление смещения равновесия, является знак теплового эффекта реакции. Можно сказать, что при повышении температуры равновесие смещается в направлении эндотермической, а при понижении – в направлении экзотермической реакции.

Так синтез аммиака представляет собой экзотермическую реакцию

N₂+3H₂=2NH₃ +92,4 кДж

Поэтому при повышении температуры равновесие смещается влево – в сторону разложения аммиака, так как этот процесс идет с поглощением теплоты.

Синтез же азота (II) представляет собой эндотермическую реакцию:

N₂+O₂=2NO - 180,5 кДж

Поэтому смещение происходит вправо - в сторону образования NO.

Принцип Ле Шателье

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится.