3 Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье

Система, находящаяся в состоянии химического равновесия, будет пребывать в нём до тех пор, пока внешние условия остаются постоянными.

Если же изменить внешние условия (концентрации веществ, давление (для газовых систем), температуру), то система выйдет из состояния равновесия, т.к. скорости прямой и обратной реакций изменятся неодинаково.

Характер смещения химического равновесия в системе при изменении условий, в которых она находится, описывается так называемым принципом Ле Шателье, который может быть сформулирован так:

Принцип Ле Шателье: – если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление, концентрацию веществ), то равновесие сместиться в сторону протекания той реакции, которая ослабляет это воздействие.

Рассмотрим 3 случая нарушения равновесия.

1 Изменение концентрации какого-либо из исходных веществ, участ­вующих в реакции (температура и давление постоянны):

Пусть в состоянии равновесия находятся азот, водород и аммиак в следующих равновесных концентрациях: С(Н₂) = 2 моль/л, С(I₂) = 1 моль/л, С(HI) = 0,5 моль/л.

С_равн.= С_нач(Н₂) – С_{прореаг}(Н₂) =2 моль/л,

С_равн.= С_нач(I ₂) – С_{прореаг}(I ₂) = 1 моль/л,

С_равн(HI) = 0,5 моль/л.

Введем в систему дополнительно, например 1моль/л водород. Согласно закону действия масс это повлечет за собой увеличение прямой реакции – реакции образования НI и концентрация Н₂ и I₂ будет уменьшаться, что приведет к уменьшению скорости прямой реакции, концентрация НI возрастет, это приведет к возрастанию обратной реакции, затем наступит равновесие, но при этом концентрация НI будет теперь выше, а концентрация I₂ ниже, т.е. равновесие сместится вправо.

Если увеличим концентрацию НI, то равновесие сместится в обратном направлении.

Увеличение концентрации одного из реагирующих ве­ществ путем ввода в систему дополнительного количества этого вещества смещает равновесие в сторону прямой реакции (т. е. расходования части дополнительно введенного вещества).

По­вышение концентрации одного из продуктов реакции смещает равновесие в сторону обрат­ной реакции (по той же причине).

Уменьшение концентрации одного из исходных веществ ведет к смещению равно­весия в сторону обратной реакции.

Уменьшение концентрации одного из продуктов - к смещению равновесия в сторону прямой реакции.

Как мы видим, во всех случаях система как бы стремит­ся восполнить убыль вещества за счет расходования других ве­ществ системы либо превратить в другие вещества его избыток. Таким образом, меняя состав исходной системы (т. е. концентра­цию веществ в ней), можно заставить реакцию протекать в любом из двух противоположных направлений.

Отсюда следует, что, вводя в систему избыток того или ино­го вещества-участника равновесия или, наоборот, выводя его из системы, можно управлять выходом продуктов реакции, на­правляя его в необходимую сторону. Этим широко пользуются на практике.

Если, например, участвующее в процессе вещество А представляет значительную ценность и потому же­лательно использовать его максимально полно, то для реакции берут большой избыток вещества В, представляющего меньшую ценность. Так, в аналитической химии, при необходимости более полного перевода какого-либо иона в осадок, прибавляют избыток реактива, осаждающего этот ион из раствора.