Вплив зовнішніх факторів на хімічну рівновагу. Принцип ле Шательє

Розглянемо принцип ле Шательє на прикладі рівноважної системи

ЗН₂ + N₂ ⇄ 2NH₃,

Якщо до суміші речовин, які перебувають у стані рівноваги, добавити певну кількість водню або азоту, то швидкість прямої реакції, збільшиться. Збільшення швидкості прямої реакції призведе до зменшення кількості реагуючих речовин (N₂ і Н₂) і збільшення концентрації NН₃. Система, з одного боку, відповіла на зовнішній вплив процесом, який зменшив цей вплив. З другого боку, збільшення концентрації NН₃ приведе до збільшення швидкості зворотної реакції, яке відбуватиметься доти, поки швидкість зворотної реакції не зрівняється з швидкістю прямої реакції. Тобто в системі знову настає стан рівноваги, але вже за нових умов, а саме при вищих швидкостях реакцій.

Вплив тиску на стан рівноваги можна проаналізувати, розглянув­ши зміну об'єму реакції синтезу аміаку. З рівняння реакції видно, що з чотирьох молекул реагуючих речовин (ЗН₂ + N₂) утворюється дві молекули NН₃, тобто синтез аміаку відбувається із зменшенням об'єму. Підвищення тиску для газоподібних систем спричинює пропорційне зменшення об'єму, що відповідає збільшенню концентрацій речовин. Оскільки відносне збільшення концентрацій реагуючих ре­човин у реакції синтезу аміаку перевершуватиме збільшення концен­трацій продуктів реакції, то рівновага зміститься в бік утворення аміаку, тобто в бік реакції, яка призводить до зменшення об'єму си­стеми.

У реакціях, які відбуваються без зміни об'єму або в яких не бе­руть участь газоподібні речовини, зміна тиску не викликає зміщен­ня рівноваги.

Підвищення температури зазначеної системи спричинює зміщення рівноваги в бік зворотної реакції, оскільки розкладання аміаку призводить до поглинання тепла.

Каталізатор не впливає на стан рівноваги, однаково прискорюючи як пряму, так і зворотну реакції. Тобто каталізатор прискорює вста­новлення рівноваги, не впливаючи на рівноважні концентрації ре­човин.

На основі аналізу зазначених прикладів можна сформулювати ряд загальних положень, які випливають з принципу ле Шательє, а саме:

нагрівання системи, що перебуває у стані рівноваги, зміщує її рів­новагу в бік ендотермічної реакції, а охолодження – в бік екзотермічної;

підвищення тиску призводить до зміщення рівноваги в бік утворення тих речовин, які займають менший об'єм. Якщо об'єм системи при реакції не змінюється, то тиск не впливатиме на стан рівноваги;