9. Рухливість хімічної рівноваги. Принцип Ле Шательє. Рівняння ізохори та ізобари Вант - Гоффа

Під зовнішніми чинниками розумітимемо будь-які взаємодії на систему, в результаті яких змінюється її температура та число часток в одиниці об'єму простору (цей чинник зазвичай розглядають як вплив тиску).

Якщо система знаходиться в хімічній рівновазі, то це означає, що її в будь-якому елементарному об'ємі має місце одна й та ж температура. Один і той же тиск і певний хімічний склад. Правильніше говорити, що система знаходиться в термодинамічно стійкому стані. Якщо зміниться температура і тиск, то система обов'язково змінить свій хімічний склад і перейде в нову хімічну рівновагу.

Якісно рухливість рівноваги у зв'язку із зміною тиску і температури вперше встановив Ле Шательє, а потім істотно доповнив і розвинув Браун.

ПРИНЦИП ЛЕ ШАТЕЛЬЄ – БРАУНА.

Якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, надавати зовнішню дію, то вона перейде в новий рівноважний стан, в якому ця дія буде ослаблена.

Вплив температури:

При новій, вищій температурі рівновага зміщується вліво. При підвищенні температури системи збільшується доля речовин, що утворюються за реакцією, яка протікає з поглинанням тепла.

Вплив тиску:

При підвищенні тиску рівновага зміщується в ту сторону, де зростає доля речовин, що мають менший парціальний об'єм.

Кількісний вплив температури на рухливість рівноваги встановлюється за допомогою рівнянь ізохори або ізобари Вант - Гоффа.

Рівняння ізохори та ізобари показують, що кількісно залежність константи рівноваги від температури може бути виражена через тепловий ефект хімічних реакцій, а детальніше можна вказати на наступне:

1. Допустимо, що dT>0, розглядаємо як зміниться константа рівноваги при підвищенні температури. Якщо (реакція ендотермічна), то з підвищенням температури константа рівноваги збільшиться. Якщо (реакція екзотермічна), то з підвищенням температури константа рівноваги зменшиться. Зважаючи на те, що в константі рівноваги чисельник – це завжди концентрація продуктів, то зростання К_р означає зсув рівноваги вправо, і, відповідно, зменшення К_р – зсув рівноваги вліво.

2. Абсолютна величина теплового ефекту говорить про те, як сильно змінюється константа рівноваги від температури, чим більше по абсолютній величині або тим сильніше змінюється константа рівноваги із зміною температури. У слабо екзо - або ендореакцій константа рівноваги із зміною температури практично не змінюються.

3. Рівняння дозволяють розрахувати константу рівноваги для будь-якої температури, якщо К_р відома при якійсь іншій температурі. Інтегруючи рівняння ізохори або ізобари отримаємо:

4. Нерідкими є випадки, коли отримане рівняння використовують для знаходження теплового ефекту реакції. В цьому випадку реакцію проводять при 2-х різних температурах, відбирають проби речовин, аналізують і знаходять рівноважні концентрації, обчислюють константи рівноваги К_р(Т₁) та К_р(T₂), потім знаходять тепловий ефект:

Рівняння ізохори та ізобари є наближеними, їх зручно використовувати для реакцій, в яких між Т₁та Т₂жодна з речовин не зазнає перетворень і в тих випадках, коли інтервал між температурами Т₁та Т₂не дуже широкий.