Способы смещения равновесия

С целью наиболее полного использования сырья желательно вести технологический процесс в условиях получения наиболее высокой степени превращения исходного вещества. Поэтому большой практический интерес представляет установление влияния различных факторов на равновесие системы (т.е. равновесную степень превращения), а также разработка приемов, позволяющих сдвинуть равновесие в сторону образования целевых продуктов.

Основными параметрами, влияющими на равновесие химических реакций, являются температура, давление и концентрация реагирующих веществ. Эти параметры обычно используются на практике для сдвига равновесия в желаемую сторону, т.е. для регулирования равновесной степени превращения.

Влияние изменения внешних условий на положение равновесия – принцип Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий, определяющих положение равновесие, то в системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия и положения равновесия сместится в том же направлении.

Рассмотрим обратимую реакцию:

aA+bB = rR+sS

_{реагенты продукты}

Так как равновесие характеризуется равенством скоростей прямой и обратной реакции ( ), можно сказать, что смещение равновесия происходит тогда, когда произведенное воздействие неодинаково влияет на скорость прямого и обратного процессов. Это нарушение равенства скоростей и приводит к переходу системы в новое состояние равновесия, при которой снова, но будут отличаться от первоначальных значений.

Влияние давления

Влияние давления определяется знаком изменения объема ∆V (или знаком разности числа молей газообразных веществ): для реакций, протекающих с увеличением числа молей(∆n>0) увеличение давления не благоприятно. Смещению равновесия реакции вправо способствует снижение давления. Для реакций с уменьшением числа молей (∆n<0) , целесообразно повышению давления (p ).

Чувствительность положения равновесия к изменениям давления тем больше, чем большим изменением объема сопровождается тот или иной процесс. Значительные изменения объема могут происходить только в реакциях, в которых участвуют газы, или в тех случаях, когда хотя бы один из компонентов находится в газообразном состоянии.

Например: N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ (a)

СН₄ ↔ С + 2Н₂ (б)

СО + Н₂О ↔ H₂ + СО₂. (в)

Поскольку реакция (а) протекает с уменьшением объема, то, исходя из принципа Ле-Шателье, для смещения равновесия слева направо необходимо повышать давление.

На практике так и поступают – процесс ведут под давлением 32,0 МПа (320 кгс/см²).

Для реакции (б), протекающей с увеличением объема, для смещения равновесия слева направо необходимо, наоборот, понижать давление. На равновесие реакции (в) изменение давления не влияет, т.к. объем системы в процессе реакции не изменяется.