Хімічна рівновага
3. Принцип Ле Шательє
Стан хімічної рівноваги при незмінних зовнішніх умовах може зберігатися як завгодно довго до того часу, поки не змінюються зовнішні умови. Зміна температури, тиску або концентрації реагентів виводять систему зі стану рівноваги.
Як тільки в системі порушується рівновага, швидкості прямої і зворотної реакцій стають неоднаковими і в системі переважно протікає процес, який знову викликають стан рівноваги, але вже відповідає новим умовам.
Напрям зміщення хімічної рівноваги визначається загальним положенням, відомим як принцип Ле Шательє (1884 р.).
• Якщо на систему, що знаходиться в стані рівноваги, впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив.
Вплив зміни температури на стан хімічної рівноваги
При підвищенні температури прискорюються як пряма, так і зворотна реакції, але по різному. Як правило, ендотермічний процес прискорюється в більшою мірою, ніж екзотермічний, а при зниженні температури швидше протікає екзотермічна.
При підвищенні температури рівновага зміщується в бік ендотермічної реакції, а при зниженні – в бік екзотермічної (відео 1)
Чим більший тепловий ефект реакції, тим сильніший вплив температури на зміщення рівноваги.
Вплив зміни тиску на стан хімічної рівноваги
При підвищенні тиску рівновагу реакції зміщується в напрямку утворення речовин, що займають менший об’єм, і, навпаки, зниження тиску сприяє процесу, що супроводжується збільшенням об’єму. Тобто
при підвищенні тиску хімічна рівновага зміщується в бік утворення меншої кількості молекул газуватих речовин, а при зниженні тиску – вбік збільшення кількості молекул газів.
Наприклад, перетворення нітроген(ІV) оксиду на його димер, яка відбувається в газовій фазі,
2 NO2(г) ⇄ N2O4(г)
призводить до зменшення кількості молекул газоподібних речовин, а значить до пониження тиску, а зворотня реакція перетворення N2O4 у NO2 – до збільшення кількості молекул і підвищення тиску.
За кімнатної температурі NO2 – газ темно-коричневого кольору (його називають «бурим» газом). Продукт його димеризації N2O4 – безбарвний. Обидва гази за звичайних умов присутні в суміші, тобто знаходяться в стані хімічної рівноваги. При зменшенні в такий системі тиску рівновага зсувається – в бік утворення NO2 і суміш набуває більш темного кольору (відео 2).
Вплив зміни концентрації на стан хімічної рівноваги
Якщо до системи, що знаходиться в стані рівноваги, додати хоча б одну з речовин, що беруть участь в реакції, то швидкості прямого і зворотного процесів зміняться, але таким чином, що система знову прийде в стан рівноваги. У цьому новому стані концентрації всіх речовин будуть відрізнятися від початкових, але співвідношення між ними,що визначається константою рівноваги, залишиться тим самим. Тобто, в рівноважній системі не можна змінити концентрацію тільки однієї речовини, не змінюючи концентрації всіх інших.