Факторы, влияющие на состояние равновесия

Принцип Ле-Шателье

На положение равновесия влияют: температура, давление, концентрация реагирующих веществ, инертный разбавитель. Качественно влияние изменения внешних условий на положение равновесия можно определить, пользуясь принципом Ле-Шателье:

если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении.

Например, рассмотрим реакцию синтеза аммиака в смеси идеальных газов:

N₂ + 3H₂ <==> 2NH₃ – D_rH°

Если повысить температуру, то равновесие сдвинется справа налево, так как обратная реакция протекает с поглощением тепла, что вызовет снижение температуры, т.е. ослабление внешнего воздействия.

Если увеличим давление, то равновесие сдвинется слева направо, так как эта реакция протекает с уменьшением объема, что вызовет снижение давления, ослабление внешнего воздействия.

Для количественной оценки состояния равновесия используют значения констант равновесия, равновесных концентраций с^*_i(или p^*_i) и равновесных степеней превращения х^*.

Влияние температуры. Уравнение Вант-Гоффа

Численные значения К_С и К_P не зависят ни от концентрации реагентов и их соотношений, наличия или отсутствия примесей или разбавителей, ни от давления (если газы идеальные, а давление не очень велико). Константы химического равновесия зависят лишь от природы реагентов и температуры.

(4)

Для определения влияния температуры продифференцируем уравнение (4) по температуре и определим знак производной.

Это уравнение изобары Вант-Гоффа.

(5)

где: – стандартная константа равновесия;

D_rH° – изменение энтальпии при стандартных условиях (тепловой эффект реакции).

Из уравнения (5) следует, что влияние температуры на состояние равновесия определяется знаком теплового эффекта реакции:

- при D_rH°> 0 (эндотермическая реакция) > 0 и – возрастающая функция;

- при D_rH°< 0 (экзотермическая реакция) < 0 и – убывающая функция.

Зависимости равновесной степени превращения х^* от температуры для экзо- и эндотермических реакций представлены на рис.1,а.

Если численные значения констант равновесия зависят только от природы реагентов и температуры, то на равновесные составы, степени превращения и выходы продуктов влияет не только температура, но и давление, концентрация исходных веществ, наличие примесей, разбавителей.