Читайте также:
|
Хімічна рівновага залишається постійною, доки не зміняться умови (концентрація, температура, а для газів — тиск), при яких вона існує. При зміні умов одна з протилежно напрямлених реакцій здатна прискорюватися більше, ніж інша, тому система виходить із стану рівноваги. Через деякий час встановлюється новий стан рівноваги, але вже при інших значеннях рівноважних концентрацій. Перехід реакційної системи з одного стану рівноваги в інший називають зміщенням хімічної рівноваги.
Зміщення хімічної рівноваги в будь-який бік при зміні зовнішніх умов визначають за принципом Ле Шательє: якщо на систему, яка перебуває у стані рівноваги, спричинити будь-яку зовнішню дію, то, внаслідок перебігу в ній процесів, рівновага зміститься у тому напрямку, який сприяє зменшенню спричиненої дії.
Важливими умовами, які визначають стан хімічної рівноваги, є концентрація реагуючих речовин, температура та тиск (у випадку газоподібних систем).
1. Вплив концентрації на зміщення хімічної рівноваги. Константа хімічної рівноваги зв'язує концентрації всіх речовин, які приймають участь у реакції. Зміна концентрації будь-якого з них призводить до зміни концентрації всіх інших речовин.
Якщо до рівноважної системи реакції синтезу аміаку
N2 + ЗН2 = 2NH3 + 92,4 кДж,
ввести додаткову кількість водню, то внаслідок його взаємодії з азотом утворюється додаткова кількість аміаку. Через деякий час знову встановиться стан хімічної рівноваги, при цьому концентрація аміаку стане вищою, а концентрація азоту нижчою, ніж до додавання водню. До зворотного результату (зростанню концентрацій азоту та водню) призводить збільшення концентрації аміаку. Отже збільшення концентрації речовин прискорює ту реакцію, яка використовує ці речовини: додавання в систему однієї з вихідних речовин спричиняє зміщення рівноваги праворуч, а додавання продуктів реакції — ліворуч.
2. Вплив тиску на зміщення хімічної рівноваги. Тиск може чинити помітний вплив на газові системи, оскільки із збільшенням тиску зростає концентрація компонентів системи. Реакції, що супроводжуються зменшенням об'єму, легше проходять при підвищеному тиску. Згідно з принципом Ле Шательє, підвищення тиску зумовлює зміщення хімічної рівноваги в напрямку процесу, який супроводжується зменшенням об'єму, а зниження тиску викликає зміщення рівноваги у протилежний бік. Для реакції утворення аміаку підвищення тиску вдвічі (при сталій температурі)зумовить зменшення об'ємів вдвічі, що в свою чергу приведе до збільшення концентрацій реагуючих речовин також вдвічі:2[Н2], 2[N2] та 2[NH3]. Швидкості прямої та зворотної реакцій дорівнюють:
V1 = k[2N2][2H2]3 = 16k[N2][H2]3 = 16 V1
V2 = k1[2NH3]2 = 4k1[NH3]2 = 4V2
Таким чином, збільшення тиску вдвічі призведе до збільшення швидкості прямої реакції у 16 разів, а зворотної у 4 рази, тобто пряма реакція переважатиме над зворотною. Хімічна рівновага порушиться. Встановиться вона лише після того, як зрівняються швидкості прямої та зворотної реакцій.
У відповідності з принципом Ле Шательє, при збільшенні тиску рівновага зміщується в бік реакції, яка відбувається зі зменшенням числа молекул газу. Зменшення тиску сприяє реакції, яка призводить до збільшення кількості молекул газу. Якщо реакції відбуваються без зміни числа молекул газу, то зовнішній тиск не впливає на зміщення її рівноваги Прикладом таких реакцій є реакції:
N2 + O2 = 2NO,
Н2 + І2 = 2НІ.
3. Вплив температури на хімічну рівновагу пов'язаний з тим, що екзотермічна та ендотермічна реакції неоднаково чутливі до температури. Так, реакція синтезу аміаку — екзотермічна:
N2 + ЗН2 = 2NH3 + 92,4 кДж; ∆Н = -92,4 кДж
а зворотна реакція — ендотермічна:
2NH3 = N2 + ЗН2 - 92,4 кДж; ∆Н = 92,4 кДж
Швидкість ендотермічної реакції, яка потребує 92,4 кДж тепла, збільшиться при підвищенні температури більше, ніж екзотермічної. Тому підвищення температури підсилить розпад аміаку, і рівновага зміститься ліворуч. Навпаки, зниження температури змістить рівновагу праворуч. Таким чином підвищення температури зміщує рівновагу в бік ендотермічної реакції, а зниження — в бік екзотермічної реакції.
Слід зазначити, що каталізатори прискорюють як пряму, так і зворотну реакції, тому вони не виводять систему із стану хімічної рівноваги,
Оборотність хімічного процесу — явище небажане, оскільки зменшується вихід кінцевих продуктів. Тому зміщення рівноваги має важливе значення у хімічній практиці. Отже для будь-якого хімічного процесу можна підібрати такі умови, при яких забезпечується високий показник виходу продуктів реакції.
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 244 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |