ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 4. ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ.

§ 4.7. Принцип Ле Шательє

Напрямок зміщення хімічної рівноваги при зміні концентрації реагуючих речовин, температури і тиску (для газових реакцій) визначається загальним положенням, що відоме під назвою принципу рухомої рівноваги, або принципу Ле Шательє:

якщо на систему, що перебуває в стані рівноваги, чиниться який-небудь зовнішній вплив (змінюється концентрація, температура, тиск), то він сприяє перебігу тієї з двох протилежних реакцій, яка послаблює цей вплив.

Пояснимо це на прикладі реакції синтезу аміаку:

³ /₂ Н₂ +¹/₂ N₂ ⇆ NH₃, ∆Н° = —46,2 кДж/моль.

  2 об'єми 1 об’єм

Якщо зовнішній вплив виявляється в збільшенні концентрації азоту або водню, то він сприяє реакції, що спричиняє зменшення концентрації цих речовин, і отже, рівновaга зміщується в бік утворення аміаку. Відповідно збільшення концентрації аміаку зміщує рівновагу в бік вихідних речовин.

Оскільки пряма реакція, як це випливає з рівняння, відбувається з виділенням теплоти, то підвищення температури суміші сприяє перебігу реакції з поглинанням теплоти, і рівновага зміщується в бік вихідних речовин, зниження температури спричинить зміщення рівноваги в бік продукту реакції.

Щоб визначити вплив тиску на зміщення рівноваги, необхідно підрахувати число молекул у лівій і правій частинах рівняння. У наведеному прикладі в лівій частині рівняння містяться дві молекули, а в правій — одна. Оскільки підвищення тиску повинно сприяти процесу, що викликає зменшення числа молекул, то в цьому випадку рівновага зміститься в бік продукту реакції. Очевидно, зниження тиску змістить рівновагу в бік вихідних речовин. Якщо ж у рівнянні оборотної реакції число молекул у лівій частині дорівнює числу молекул у правій частині, наприклад то зміна тиску не спричинить зміщення хімічної рівноваги. Слід зазначити, що всі каталізатори однаковою мірою прискорюють як пряму, так і зворотну реакції, і тому на зміщення рівноваги не впливають, а тільки сприяють швидшому її досягненню.

Способи зміщення рівноваги у бажаному напрямку, основані на принципі Ле Шательє, відіграють величезну роль у хімії. Синтез аміаку й багато інших промислових процесів було освоєно завдяки застосуванню способів зміщення рівноваги в напрямку, що забезпечує високий вихід речовини, яку добувають.

У багатьох процесах зміщення хімічної рівноваги в бік продуктів реакції досягається шляхом виводу речовин, що утворюються, зі сфери реакції. Наприклад, щоб змістити рівновагу в реакції етерифікації

СН₃СООН + СН₃ОН ⇆ СН₃СООСН₃ + Н₂O

у бік утворення метилацетату, до системи вводять сульфатну кислоту, що поглинає воду.

Зміщення рівноваги між недисоційованими молекулами й іонами під час електролітичної дисоціації див. § 5.9.