Рівноваги і склад рівноважної системи

Хімічна рівновага є рухомою. Це означає, що при зміні хоча б однієї із умов її існування попередня рівновага порушується: в системі виникають зміни, які відбуватимуться до тих пір, доки вона не набуде нового стану рівноваги, що відповідає новим умовам.

В якому напрямку зміститься рівновага при зміні тієї чи іншої умови? Якісну орієнтацію щодо цього питання дає таке правило, сформульоване Ле-Шательє в 1884 р. (принцип Ле-Шательє): якщо змінити хоча б одну із умов, яка визначає стан рівноваги в даній системі, то в останній п ідсилюється та з двох протилежних реакцій, яка нібито протидіє зміні, що вноситься.

Найважливіші умови, що визначають стан хімічної рівноваги:

– концентрація реагуючих речовин;

– температура;

– тиск (у випадку газо- та пароподібних систем).

1. Вплив зміни концентрацій. Збільшення концентрації одного із ком-понентів рівноважної хімічної системи призводить до зрушення рівноваги в бік підсилення тієї реакції, при якій виникає хімічна переробка цього компонента. Зменшення концентрації одного із компонентів системи зрушує рівновагу в бік утворення цього компонента.

Велике практичне значення має питання про вихід продукту тієї чи ін-шої хімічної реакції. Завдання полягає в найбільш повній переробці вихід-них речовин з отриманням максимально великих кількостей цільового продукту реакції.

При наявності оборотного хімічного процесу вирішенню завдання може сприяти:

а) підвищення концентрації однієї із вихідних речовин;

б) “зв’язування” одного із продуктів реакції (який не є цільовим у даній хімічній реакції) для зниження його концентрації в реакційній системі.

Приклад: “Зв’язування” води в продуктах реакції етерифікації за допо-могою концентрованої сульфатної кислоти, яка з цією метою вводиться в реакційну суміш:

СН₃СООН + С₂Н₅ОН   СН₃СО–О–С₂Н₅ + Н₂О.

2. Вплив температури. Відсот-ковий вміст амоніаку у рівноважній газовій суміші з підвищенням тем-ператури знижується (рис. 34). Співставимо це з термічним рів-нянням утворення амоніаку із N2 і H2: N2 + 3H2  2NH3 + 92 кДж

Рис.34. Вплив температури і тиску на стан хімічної р івноваги в реак-ційній суміші при синтезі амоніаку

Ми бачимо, що процес синтезу амоніаку (N₂ + 3H₂  2NH₃ ) екзотер-мічний і послаблюється підвищенням температури. Процес дисоціації амо-ніаку (2NH₃  N₂ + 3H₂) – ендотермічний і з підвищенням температури посилюється.

Із сказаного вище бачимо, що нагрівання зсуває рівновагу в бік процесу, який протікає ендотермічно, що нібито протидіє охолодженню. Таким чином, зниження температури сприяє екзотермічним реакціям, а підви-щення – ендотермічним.

В реакціях, які протікають практично без теплових ефектів (наприклад, реакція етерифікації), зміна температури не викликає зміщення рівноваги. У цьому випадку підвищення температури призводить лише до більш швидкого встановлення тієї ж рівноваги, яка була б досягнута в даній системі і без нагрівання, але за більш тривалий час.

3. Вплив тиску. Як видно із рис. 34, масова частка амоніаку в рівно-важній системі з підвищенням тиску збільшується.

Зпівставимо цей висновок зі зміною числа молекул у газовій суміші:

N₂ + 3H₂  2NH₃

У лівій частині рівняння в сумі є чотири молі газів, а в правій – лише два. Чотири молі газу при даних умовах температури і тиску, згідно з зако-ном Авогадро, займуть об’єм у 2 рази більший, ніж 2 молі. Отже, процес синтезу амоніаку супроводжується зменшенням загальної кількості моле-кул, що призводить до зменшення об’єму системи (“хімічне стискання” системи). Зменшення тиску діє в зворотному напрямку.

Відзначимо також, що застосування принципу Ле-Шательє при отриманні синтетичного амоніаку дає вказівку на найбільш сприятливі умови здійснення цього синтезу. Це використання високих тисків при якомога нижчій температурі.

Наведені дані дозволяють сформулювати такі загальні правила.

Якщо реакція протікає зі збільшенням числа молекул (наприклад, дисоціація), тоді підвищення тиску протидіє, а зменшення тиску сприяє реакції.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: