Вплив зовнішніх умов на хімічну рівновагу

Зміни зовнішніх умов, за яких система перебуває у стані рівноваги, призводить до змінення параметрів системи, тобто до зрушення хімічної рівноваги. Для якісного визначення напрямку зрушення рівноваги у хімічній реакції використовують правило:

якщо система, що перебуває у стані рівноваги, зазнає впливу ззовні, тобто змінюються умови, за яких система перебувала у стані рівноваги, то в системі почнуть проходити процеси, що ослаблюють зовнішню дію.

Це правило називається принципом Ле Шательє-Брауна.Розглянемо вплив концентрації, температури та тиску на зрушення хімічної рівноваги.

Із виразу для константи рівноваги К_С можна зробити висновок про те, що збільшення концентрації продуктів реакції ( D i F) призведе до збільшення швидкості зворотної реакції, тобто рівновага зрушиться у напрямку утворення вихідних речовин. Збільшення концентрацій вихідних речовин призведе до зміщення рівноваги у напрямку проходження прямої реакції.

При зміні загального тиску у рівноважній суміші парціальні тиски всіх учасників реакції змінюються в однакову кількість разів. Якщо у реакції кількість молів газів не змінюється, як, наприклад, у реакції Н₂ + Cl₂ = 2HCl, то склад суміші залишиться рівноважним, тобто рівновага не зміститься. Якщо кількість молів газів змінюється, то склад суміші у результаті змінення тиску стане нерівноважним, і буде проходити хімічна реакція. Напрямок зміщення рівноваги у цьому випадку залежить від того, збільшилася чи зменшилася кількість молекул газів. Розглянемо, наприклад реакцію

N₂ + 3H₂ = 2NH₃.

Усі учасники цієї реакції гази. Нехай у рівноважній суміші збільшили загальний тиск (різко стиснули суміш). Рівновага порушилася, у системі повинні початися процеси, що призведуть до зменшення тиску. Але тиск пропорційний кількості ударів молекул об стінки, тобто кількості молекул. Із рівняння реакції випливає, що у результаті проходження прямої реакції кількість молекул газів зменшується, а в результаті зворотної – збільшується. Отже, зменшення загального тиску відбудеться, якщо рівновага зрушиться у напрямку проходження прямої реакції. При зменшенні загального тиску у рівноважній суміші рівновага у розглядуваній реакції зміститься у напрямку проходження зворотної реакції, що призводить до збільшення кількості газових молекул, тобто до збільшення тиску.

Для встановлення напрямку зміщення рівноваги при змінюванні температури скористаємося рівнянням Гіббса-Гельмгольца (див. лекцію 4)

Підставимо у це рівняння рівняння ізотерми реакції

Враховуючи, що значення поточних тисків Р¢_і від температури не залежать, отримуємо

Після скорочення отримуємо

. (5.23)

Отримане рівняння називається рівнянням ізобари хімічної реакції.Аналогічним шляхом отримуємо рівняння ізохори хімічної реакції:

. (5.24)

Рівняння ізобари та ізохори хімічної реакції дозволяє передбачати та оцінювати ( якісно та кількісно) залежність константи хімічної рівноваги від температури і напрямок зміщення рівноваги. Якщо D H > 0 (реакція ендотермічна), то dlnK_P/dT>0. Це означає, що із підвищенням температури рівновага зміститься у бік прямої реакції і константа хімічної рівноваги збільшиться.

Якщо DH < 0 (екзотермічна реакція), то dlnK_p/dT>0 і рівновага зрушується у бік зворотної реакції.

Взагалі при підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної реакції, а при зниженні температури – у бік екзотермічної реакції. ЯкщоDH = 0, то рівновага при зміненні температури не зрушується. Наприклад, у системі

N₂ + 3H₂ = 2NH₃, DH = - 92,4 кДж/моль

при підвищенні температури рівновага зміститься у бік зворотної (ендотермічної) реакції, а при зниженні температури – у бік прямої реакції.

Щоб визначити змінення константи хімічної рівноваги при зміні температури на кінцеву величину, треба проінтегрувати рівняння ізобари та ізохори хімічної реакції. За умови постійності DH і DU (це справедливо при невеликій зміні температури) отримуємо:

i . (5.25)

Тут В і В¢ - константи інтегрування.

З цих рівнянь випливає, якщо тепловий ефект реакції не залежить від температури, то графік залежності, наприклад lnK_P від 1/T, є прямою лінією (рис. 5.1). Якщо відомі константи хімічної рівноваги для декількох температур, то побудувавши графік lnK_P= f(1/T), можна визначити константу інтегрування і тепловий ефект реакції.

Рисунок 5.1 – Залежність lnK_P = f(1/T)

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Константа хімічної рівноваги. Рівняння ізотерми хімічної реакції	\|	Хімічна рівновага у гетерогенних системах

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.