Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение химического равновесия.

Химические реакции могут быть обратимыми и необратимыми.

Необратимыми называются те реакции, которые идут только в одном (прямом) направлении.

Обратимыми же называют те реакции, которые идут как в прямом, так и в обратном направлении.

Рассмотрим пример.

Пусть протекает реакция:

А + В = С + D 

В том случае, если данная реакция необратима, обратный процесс, т.е. взаимодействие С и D с образованием A и B не протекает, а имеет место лишь взаимодействие A и В. Если же, наоборот, данная реакция обратима, то, значит, что имеет место как прямой, так и обратный процесс, т.е. реакция идёт как в прямом, так и в обратном направлении. 

 Примеры обратимых реакций:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Н₂O + СO₂ = Н₂СO₃  

СН₃СООН + С₂Н₅ОН = СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

  Примеры необратимых реакций: 

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Ca(NO₃)₂ + 2KF = CaF₂ + 2KNO₃

Когда только запускается обратимая реакция, то скорости прямого и обратного процесса неодинаковы. Со временем же протекания реакции взаимодействия, в какой-то момент, скорости прямой и обратной реакций выравниваются между собой. И наступает состояние химического равновесия.

Итак, если система находится в состоянии химического равновесия, то скорости прямой и обратной реакций равны между собой. Это в свою очередь и обеспечивает постоянство концентраций реагентов и продуктов реакции. Посмотрим на примерах, что будет происходить с системой, если на неё оказать влияние извне. Оказание воздействие на систему может происходить за счёт следующих факторов:

1. Изменение концентрации исходных веществ и продуктов реакции
2. Изменение температуры
3. Изменение давления (только для реакций с участием газов)

Для того, чтобы определять, каким образом сдвигается химическое равновесие при том или ином воздействии, пользуются принципом Ле Шателье.

«Если на уравновешенную систему действовать извне, то система переходит в такое состояние, в котором эффект внешнего воздействия ослабевает» 

С соответствие в данным принципом мы можем определить направление смещения химического равновесия. Переход системы из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние называют сдвигом химического равновесия.

Когда система находится в состоянии химического равновесия, то скорости прямой и обратной реакций равны. При изменении же указанных выше факторов, какая-то из скоростей (или прямой или обратной реакции) будет иметь большее значение по сравнению с другой. В этом и кроется причина смещения(сдвига) химического равновесия.

Влияние изменения концентрации исходных веществ и продуктов реакции на направление смещения равновесия. 

В соответствие с принципом Ле Шателье, можно сказать, что:

При увеличении концентрации реагирующих веществ химическое равновесие системы смещается в сторону образования продуктов реакции, а при увеличении концентрации продуктов реакции химическое равновесие системы смещается в сторону образования исходных веществ.

Важно отметить, то твердые вещества не оказывают влияния на состояние химического равновесия. То есть изменение их количества в системе не приводит ни к какому эффекту!

Рассмотрим реакции:

_{Заполним таблицы, которые относятся к данным реакциям, в соответствие с вышеописанным правилом. Стрелками будем показывать направление смещения химического равновесия.}

 2NO_(г) + O_2(г) → 2NO_2(г)

N₂O_4(г) ⇄ 2NO_{2 (г)} 

Fe_(тв) + 4Н₂О_(г) ⇄ Fe₃О_4(тв) + 4Н_2(г)

_{Влияние изменения температуры на направление смещения химического равновесия.}

_{Выделяют экзотермические и эндотермические химические реакции. Экзотермические реакции протекают с выделением тепла в окружающую среду, а эндотермические протекают с поглощением тепла из окружающей среды. То есть эти реакции отличаются по тепловому эффекту.} 

В соответствие с принципом Ле Шателье можно сказать, что:

При повышении температуры химическое равновесие системы смещается в сторону эндотермической реакции, а при понижении температуры – в сторону экзотермического процесса 

Рассмотрим реакции и аналогично заполним таблицы:

H_{2 (г)} + Cl_{2 (г)} ⇄ 2HCl _(г)+ Q 

C₄H_10(г) ⇄ C₄H_8(г) +H_2(г)-Q

_{Влияние изменения давления на направление смещения химического равновесия.} 

_{Данный фактор оказывает влияние на смещение химического равновесия только в случае, когда в реакции присутствует газообразное вещество.}

При увеличении давления химическое равновесие системы смещается в сторону той реакции, при которой объем образующихся газообразных веществ меньше, а при уменьшении давления– в сторону той реакции, при которой объем образующихся газообразных веществ больше.

Рассмотрим примеры: 

CO_2(г)+H_2(г) ⇄CO_(г)+H₂O_(г)

SO_{2 (г)} + H₂O _(ж) ⇄ H₂SO3 _(ж)

C₂H_6(г)⇄C₂H_2(г)+ 2H_2(г)   

Можно также сказать, что на смещение равновесия влияет изменение объема реакционного сосуда. Это утверждение аналогично справедливо только для газов. Чем меньше давление газа, тем больший объем он занимает и наоборот. Поэтому рассмотрение процесса смещения химического равновесия относительно объёмов можно легко перевести на давление. Эти понятия связаны, так как с увеличением давления происходит уменьшение объёма, а с уменьшением давления – увеличение объема.

Скорости химических реакций ускоряются с помощью катализаторов. Но поскольку катализатор в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную реакции, то его наличие не оказывает влияние на состояние химического равновесия!

Состояние химического равновесия – это состояние, при котором имеют место химические реакции и, значит, система имеет определенную динамику. Смещение же химического равновесия всегда приводит к тому, что в ходе него устанавливается новое состояние равновесия, с новыми концентрациями исходных веществ и продуктов реакции.