2. Способы смещения равновесия

Положение равновесия всегда зависит от внешних условий. Влияние изменения внешних условий на положение равновесия определяется принципом Ле Шателье – Брауна:

если на систему, находящуюся в состоянии устойчивого равновесия, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то равновесие сместится таким образом, чтобы ослабить эффект воздействия.

Смещение равновесия в сторону образования целевого продукта может быть достигнуто изменением температуры, давления и концентраций реагентов и продуктов реакции.

Влияние температуры. Для установления влияния температуры на сдвиг равновесия необходимо знать, является реакция экзо- или эндотермической. Для экзотермической обратимой реакции с ростом температуры уменьшается константа равновесия, и равновесие смещается в сторону исходных веществ, т.е. влево. Для эндотермической реакции повышение температуры вызовет увеличение константы равновесия, и равновесие сместится в сторону продуктов, т.е. вправо. Следует отметить, что с изменением температуры равновесие смещается тем сильнее, чем большим тепловым эффектом сопровождается та или иная реакция.

Влияние давления. Характер влияния давления на равновесие химических реакций определяется числом моль газообразных участников реакции. Повышение давления смещает равновесие в сторону уменьшения числа моль (объёма) газообразных веществ; и наоборот, понижение давления смещает равновесие в сторону увеличения числа моль (объёма) газообразных веществ. Чем большим изменением объёма (числа моль) сопровождается тот или иной процесс, тем больше чувствительность положения равновесия к изменениям давления.

Влияние концентрации. В соответствии с принципом Ле Шателье – Брауна введение в равновесную систему дополнительных количеств какого-либо вещества вызывает смещение равновесия в том направлении, при котором концентрация этого вещества уменьшается. Поэтому введение избытка исходных веществ смещает равновесие вправо, т.е. в сторону образования продуктов. Кроме того, увеличивая концентрацию одного из реагентов (создавая его избыток) можно повысить степень превращения другого. Этим широко пользуются в химической технологии, добиваясь максимального превращения дорогостоящего компонента сырья. Во многих случаях сместить равновесие вправо можно и выводом продуктов из реакционной зоны – уменьшением концентрации продукта.

Влияние инертного газа. Введение инертного газа в систему при p=const подобно эффекту уменьшения общего давления. Если реакция протекает с уменьшением числа моль, разбавление инертным газом смещает равновесие реакции в сторону исходных реагентов. Поэтому в технологических процессах, сопровождаемых химическими реакциями, для которых уменьшается число моль газообразных веществ, стремятся снизить накопление инертных газов в системе. Так, в производстве аммиака для поддержания высокого выхода аммиака в системе регулярно проводится продувка и добавление свежего газа.

В химической технологии обратимые процессы широко распространены. Выбирая условия проведения таких процессов, нужно в первую очередь руководствоваться требованием смещения равновесия в сторону образования продукта реакции. При этом следует учитывать, что для повышения равновесного выхода необходимо:

1. снижать температуру для экзотермической реакции;

2. повышать температуру для эндотермической реакции;

3. повышать давление в реакциях, идущих с уменьшением объёма (числа моль газообразных веществ);

4. понижать давление в реакциях, идущих с увеличением объёма (числа моль газообразных веществ);

5. повышать концентрацию исходных реагентов;

6. снижать концентрацию продуктов реакции.

Необходимо также учитывать, что для смещения равновесия следует менять (когда это возможно) одновременно несколько факторов, приводящих к увеличению выхода продукта.