4.4.2 Зависимость равновесия от температуры

Рассмотрим зависимость химического равновесия от температуры с помощью принципа Ле-Шателье. Пусть наша реакция экзотермична, то есть идет слева направо с выделением тепла (). Кстати, отметим, когда равновесие установится, теплота не выделяется и не поглощается системой, иначе бы нарушился закон сохранения энергии (первое начало термодинамики). При нагревании системы в состоянии равновесия её температура начнёт повышаться. Чтобы скомпенсировать внешнее воздействие – рост температуры (сдержать её повышение), равновесие сдвинется влево – в сторону противоположной реакции, которая эндотермична (идет с поглощением тепла). Поглощение тепла позволит системе по возможности сохранить своё состояние – неизменность температуры в равновесии. Если же эту систему охлаждать и её температура станет уменьшаться, равновесие, чтобы скомпенсировать внешнее воздействие, стремится в сторону экзотермической реакции, то есть вправо. Последняя реакция, выделяя тепло, приостановит понижение температуры.

Из изложенного видно, что влияние температуры на положение химического равновесия подчиняется следующему правилу: при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, а при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции. Примером может служить реакция синтеза аммиака, которая экзотермична (= –92 кДж).

N₂+ 3H₂2NH₃;= –92 кДж.

Нагревание системы приведет к смещению положения равновесия влево, в сторону исходных веществ – водорода и азота, а охлаждение – вправо, в сторону образования аммиака.

4.4.3 Влияние давления на равновесие

Во всех реакциях с участием газообразных веществ (реагентов и продуктов), сопровождающихся изменением общего числа частиц (числа молей) при переходе от реагентов к продуктам, на положение равновесия оказывает влияние давление. Продолжим рассмотрение реакции синтеза аммиака, приведённой выше. При протекании реакции слева направо из четырех частиц (четырёх молей) – одной азота (одного моля) и трех водорода (трёх молей), образуются две частицы аммиака (два моля). Таким образом, число частиц уменьшается. Если увеличить давление в системе, где имеется равновесие реакции образования аммиака, число частиц в единице объёма системы начнёт возрастать. В соответствии с принципом Ле-Шателье, равновесие сместится в сторону той реакции, которая будет препятствовать увеличению числа частиц в единице объёма системы, то есть вправо, в сторону образования аммиака, так как эта реакция снижает число частиц в системе. Напротив, при уменьшении давления в системе, равновесие сместится влево, в сторону образования исходных веществ. Эта реакция увеличивает число частиц в системе и компенсирует за счёт этого уменьшение давления. Обобщая этот результат, приходим к выводу: увеличение давления смещает равновесие химической реакции в сторону образования меньшего числа частиц в газовой системе, а уменьшение давления – в сторону образования большего числа частиц. Если же в результате гомогенной реакции в газовой фазе общее число частиц не изменяется, изменение давления в системе не оказывает влияния на положение равновесия. Этот же вывод легко получить, рассматривая выражение для константы химического равновесия(4.5).