Принцип Ле Шателье

Химическое равновесие всегда отвечает определенным условиям. При изменении внешних параметров (температуры, концентрации, в некоторых случаях – давления) равновесие может нарушиться. Через некоторое время наступает состояние равновесия, отвечающее новым условиям. Возникающее при этом изменение равновесных концентраций реагирующих веществ называется смещением или сдвигом химического равновесия.

В 1884 г. Ле Шателье сформулировал принцип, который помогает качественно предсказать смещение химического равновесия при изменении одного из параметров:

Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказано внешнее воздействие, то равновесие сместится в направлении той реакции, которая ослабляет это воздействие

Факторы, влияющие на смещение химического равновесия:

1) Концентрация веществ:

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃, DH⁰_р-и = -92 кДж

При увеличении концентрации равновесие смещается в направлении расхода этих веществ.

При уменьшении концентрации равновесие смещается в направлении образования этих веществ.

Если увеличить концентрацию азота, то равновесие сместится в прямом направлении, а если увеличить концентрацию аммиака - в обратном.

2) Давление.

Влияет только на газообразные вещества.

При повышении давления равновесие смещается в направлении реакции, идущей с уменьшением числа частиц газообразных веществ.

При уменьшении давления равновесие смещается в направлении реакции, идущей с увеличением числа частиц газообразных веществ.

Если увеличить давление, то равновесие сместится в прямом направлении, а если уменьшить - в обратном.

3) Температура.

При повышении температуры равновесие смещается в направлении эндотермической реакции.

При понижении температуры равновесие смещается в направлении экзотермической реакции.

Если увеличить температуру, то равновесие сместится в обратном направлении, а если уменьшить - в прямом.

4) Катализатор.

Введение в равновесную систему катализатора не смещает равновесие, так как катализатор в равной степени увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции. Катализатор только ускоряет момент наступления химического равновесия.

Пример 1. Для реакции АТФ + АМФ ⇄ 2АДФ DG⁰_р-и = -2,1 кДж/моль. Определить, является ли при 298 K реакция обратимой, направление смещение равновесия и равновесный состав системы.

K = 2,34 > 1, следовательно реакция является практически обратимой и равновесие смещено вправо.

Обозначим С₀(АТФ) = С₀(АМФ) = а, а количество прореагировавшего АТФ - х. Тогда:

[АДФ] = 2 x;

[АТФ] = a – x;

[АТФ] = a – x;

Решая квадратное уравнение, получим: x/a = 0,433, т.е. при любом значении a превращению подвергается 43,3% исходного вещества.

Пример 2. Для реакции:

L-глутаминовая кислота + пируват ⇄ α-кетоглутаровая кислота + L-аланин

константа равновесия при 300 K равна 1,11. В каком направлении будет протекать реакция при следующих концентрациях реагентов: С(L-Glm) = C(Pir) = 0,00003 M; С(α-KGlu) = C(L-Ala) = 0,005 M?

Запишем уравнение изотермы Вант-Гоффа, подставив вместо DG⁰_р-и выражение -R×T×lnK_c:

DG > 0, следовательно реакция протекает в обратном направлении.