2.4.1. Влияние изменения концентрации на состояние равновесия

Если концентрация какого-либо вещества в реакционной системе будет, например, повышена, то возрастет число столкновений его молекул с молекулами другого реагента и, следовательно, увеличится скорость реакции с участием этого вещества; таким образом, равновесие будет нарушено. С течением времени концентрации веществ, реагирующих с большей скоростью, будут понижаться и, соответственно, скорость реакции будет убывать, в то время как концентрации продуктов их взаимодействия будут возрастать, соответственно, скорость этой реакции будет увеличиваться. В конце концов будет достигнуто новое равновесие. В этом новом состоянии обе реакции протекают немного быстрее, чем в исходном состоянии, но скорости их будут одинаковы. Если концентрация какого-либо из веществ будет каким-то образом понижена, то в системе пойдут процессы противоположного характера, но в итоге скорости вновь выравняются (их значение будет несколько ниже, чем в исходном cостоянии). Таким образом:

а) повышение концентрации одного из исходных веществ, вызывая увеличение скорости прямой реакции, приводит к смещению равновесия вправо (v₁  v₂); повышение концентрации одного из продуктов реакции, приводящее к возрастанию скорости обратного процесса, смещает равновесие влево (v₁  v₂ );

б) понижение концентрации одного из исходных веществ, вызывая уменьшение скорости прямой реакции, смещает равновесие влево (v₁  v₂ ), а уменьшение концентрации одного из продуктов реакции, приводящее к снижению скорости обратной реакции, смещает равновесие вправо (v₁  v₂).

2.4.2. Влияние изменения температуры на состояние равновесия

Смещение равновесия вследствие изменения температуры удобно рассмотреть на примере какой- либо конкретной реакции:

N_2(г)  3H_2(г)  2NH_3(г)  91,8 кДж  моль

Как сместится равновесие, например, при повышении температуры? Из принципа Ле-Шателье следует, что подвод тепла извне должен стимулировать процесс, идущий с его поглощением, т.е. будет возрастать скорость обратной реакции (если прямая реакция – экзотермическая, то обратная  эндотермическая, что непосредственно вытекает из закона сохранения энергии). Равновесие в данном случае сместится влево (v₁  v₂), и воздействие повышения температуры будет ослаблено. Это можно показать на практическом примере. Зная теплоемкости аммиака, водорода и азота, для определенного количества их смеси известного состава, находящейся в равновесии, можно рассчитать количество теплоты, необходимое для повышения температуры на столько-то градусов. Однако, в ходе химической реакции ( в данном случае  разложение аммиака) часть тепла поглотится, т.е. будет аккумулирована в форме внутренней энергии системы, и в результате температура повысится на меньшее число градусов.

При повышении температуры скорости и прямой, и обратной реакций увеличиваются, но неодинаково. Скорость эндотермического процесса возрастает в большей степени, что и вызывает смещение равновесия.

При понижении температуры скорости обеих реакций уменьшатся, но в большей степени замедлится эндотермическая реакция, и равновесие, поэтому, также будет нарушено.

Изложенное выше схематично можно изобразить следующим образом:

экзотермический процесс



охлаждение

N_2(г) + 3H_2(г)  2NH_3(г)

эндотермический процесс



нагревание

В общей форме влияние изменения температуры на химическое равновесие можно выразить следующим образом:

повышение температуры благоприятствует эндотермическим, а понижение – экзотермическим реакциям.

В реакциях, протекающих с незначительным тепловым эффектом, изменение температуры практически не вызывает смещения равновесия. В этом случае повышение температуры лишь ускоряет достижение нового состояния равновесия, которое могло бы установиться и без нагревания вследствие изменения других внешних условий. На рисунке 19 приведены экспериментальные данные, иллюстрирующие влияние температуры на состояние химического равновесия при различных давлениях. Видно, что содержание аммиака в равновесной смеси с повышением температуры уменьшается, что является подтверждением изложенного нами выше.