Химическое равновесие и условия его смещения: принцип Ле Шателье-Брауна

Определение

Если вас интересует химическое равновесие, это состояние химической системы, в котором происходит одна или несколько химических реакций. В этом случае скорости прямой и обратной реакции равны.

Если система находится в химическом равновесии, показатели концентрации, температуры и других параметров постоянны и не изменяются во времени.

Смещение химического равновесия

Такие ученые, как Ле Шателье и Браун, подробно изучили химическое равновесие и то, как оно изменяется.

Главный принцип смещения — это воздействие на систему, то есть под прямым воздействием различных факторов оно может изменяться. Основные параметры, которые необходимо учитывать при смещении химического равновесия, — это концентрация веществ, их температура и давление.

Что мы узнали?

В химическом равновесии скорости в каждой паре реакций равны друг другу. Химическое равновесие, изучаемое в 9 классе, можно разделить на три типа: истинное, метастабильное (кажущееся), заторможенное (ложное). Впервые термодинамическую теорию химического равновесия сформулировал ученый Ле Шателье. На равновесие системы влияют только три фактора: давление, температура, концентрация исходного вещества.

Факторы влияния

Факторы, изменяющие химическое равновесие, были описаны еще в 1885 году.

Следовательно, при повышении температуры химическое равновесие стремится к абсорбционной (эндотермической) реакции, а при понижении — к выделительной (экзотермической) реакции.

Давление — это показатель, который следует учитывать при работе исключительно с газами. Если он увеличивается, химическое равновесие смещается к меньшему объему веществ, а если оно уменьшается, к большему объему.
Когда концентрация одного из исходных веществ увеличивается или когда продукты удаляются из реакционной смеси, химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции и наоборот.
Несмотря на то, что многие химические реакции требуют использования катализаторов, эти вещества не влияют на смещение химического равновесия.

Смещение химического равновесия под действием различных факторов

Ученые говорили о подвижности равновесия еще в 19 веке. В то же время активно велись исследования, подтверждающие их гипотезы. Анри Ле Шателье был первым, кто попытался рассказать об этом в своих произведениях. Впоследствии его исследования резюмировал Карл Браун. Принцип Ле Шателье гласит:

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается влияние, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет это влияние

Влияние температуры

В обратимых реакциях обратная и обратная стороны процесса имеют противоположные температуры друг другу. В зависимости от температурного коэффициента реакции делятся на экзотермические (температура сбрасывается во время реакции). При повышении температуры в такой системе равновесие смещается в сторону обратной реакции.

S + O2 = SO2 + Q

Эндотермические реакции (которые происходят при нагревании), наоборот, если такая реакция нагрета, прямая реакция будет протекать быстрее.

CaCO3 = CO2 + CaO — Q

Это означает, что если впереди идет индикатор + Q-экзотермический процесс, то в противоположной стороне будет -Q — эндотермический процесс. Если температура исходных продуктов повышается, химическое равновесие смещается в том направлении, в котором наблюдается самая низкая температура.

Влияние концентрации

Согласно принципу Ле Шателье, увеличение концентрации реагентов вызывает смещение равновесия в сторону их расхода в прямом процессе. А если концентрация веществ снижается, химический баланс уменьшается в сторону противоположных процессов.

Тот же принцип применяется к увеличению концентрации продуктов реакции. Химическое равновесие смещается в сторону расходования реагентов, то есть в сторону обратной реакции. Если концентрация продуктов снижается, равновесие смещается в сторону прямого процесса.

Влияние давления

Давление не меняет баланса во всех процессах. Это происходит в реакциях с газообразными продуктами. Сумма коэффициентов прямой и обратной реакции должна быть неравной.

Важно! На состояние равновесия процессов с твердыми телами давление не влияет.

При разных концентрациях газообразных веществ слева и справа от реакции повышение давления приведет к сдвигу химического равновесия. Он движется в том направлении, в котором количество газообразных веществ уменьшается, а давление увеличивается.

Влияние катализатора

Большинство химических реакций происходит под действием катализаторов. Это специальные добавки в виде соединений и комплексов, ускоряющие процесс образования продукта. Их добавление никак не меняет химический баланс. В некоторых процесс помогает быстро сбалансировать детали.

Таблица химического баланса

Легенда:

• Т-температура,
• p-давление,
• c-концентрация,
• ↑ -увеличение,
• — снижаться.

Смотрите также:

• Классификация химических реакций в неорганической и органической химии
• Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения
• Скорость химической реакции, ее зависимость от различных факторов
• Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты
• Ионообменные реакции
• Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная
• Редокс-реакции. Коррозия металлов и методы защиты от нее
• Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)
• Механизмы ионной реакции (правило В.В. Марковникова) и радикалы в органической химии

Смещение равновесия в химических реакциях

Химическое равновесие зависит от трех параметров: температуры, давления, концентрации вещества. Французский химик Анри Луи Ле Шателье в 1884 году сформулировал принцип динамического равновесия, согласно которому система равновесия под внешним воздействием стремится вернуться в состояние равновесия. То есть при внешнем воздействии баланс сместится таким образом, чтобы это воздействие нивелировалось.

Рис. 1. Анри Луи Ле Шателье.

Принципы, сформулированные Ле Шателье, также называют принципами «смещения равновесия в химических реакциях».

На химический баланс влияют следующие факторы:

• температура. При повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону поглощения реакции. Если температура падает, равновесие смещается в сторону отделения реакции.

Рис. 2. Влияние колебаний температуры на химическое равновесие.

Реакция абсорбции называется эндотермической реакцией, а реакция высвобождения — экзотермической.

• давление. Если давление в химической реакции увеличивается, химическое равновесие смещается в сторону меньшего объема вещества. Если давление уменьшается, равновесие смещается в сторону большего объема вещества. Этот принцип применим только к газам, а не к твердым веществам.
• концентрация. Если в ходе химической реакции концентрация одного из веществ увеличивается, то равновесие смещается в сторону продуктов реакции, а если концентрация уменьшается, то равновесие смещается в сторону исходных веществ.

Рис. 3. Влияние изменения концентрации на химическое равновесие.

Катализатор не относится к факторам, влияющим на смещение химического равновесия.