Мы можем заметить важную закономерность: при попытке воздействовать на равновесную систему она «сопротивляется» такому воздействию. Действительно, добавление в равновесную систему H₂ или I₂ приводит к увеличению их расходования в прямой реакции. В итоге H₂ или I₂ в системе окажется меньше, чем было добавлено, зато возрастет количество HI. Наоборот, добавление HI приводит к более быстрому его расходованию в обратной реакции. Такая способность равновесных систем «сопротивляться» внешним воздействиям носит общий характер и известна под названием принципа Ле Шателье:

Если на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие.

** Анри Луи Ле Шателье (1850-1936) – французский физикохимик, Президент Французского химического общества, член многих академий, в том числе Петербургской АН. Был почетным членом и АН СССР. Независимо от немецкого химика Ф. Габера в 1901 г. нашел условия синтеза аммиака (см. ниже).

В некоторых учебных пособиях формулировку принципа Ле Шателье упрощают: равновесная система, на которую оказывают воздействие, смещает равновесие так, чтобы уменьшить влияние этого воздействия. На самом деле не всякое воздействие может приводить к смещению равновесия, а только определяющее. Например, рассмотрим ту же реакцию между H₂ и I₂ . Давление в данной конкретной системе не является определяющим фактором, поскольку в прямой и обратной реакциях образуется одинаковое количество молекул газа. В итоге ни одна из реакций не получает преимущества при изменении концентраций газов и положение равновесия не меняется. Таким образом, для смещения равновесия надо изменять только те параметры, которые являются для данной реакции определяющими. В рассмотренном случае давление не является таким фактором.

Приведем пример реакции, в которой важным для положения равновесия фактором является давление. Она тоже происходит в газовой фазе:

2 NO₂ (г)

N₂O₄ (г)

При комнатной температуре NO₂ – темно-коричневый газ (часто его называют «бурым» газом). Продукт его димеризации N₂O₄ бесцветен. Оба газа при обычных условиях присутствуют в смеси, т.е. находятся в химическом равновесии. Если увеличивать в такой равновесной химической системе давление, то равновесие сдвигается вправо – в сторону образования N₂O₄. Дело в том, что при одновременном увеличении концентрации [NO₂] и [N₂O₄] преимущество получает прямая реакция. В ее кинетическое уравнение концентрация [NO₂] входит в квадрате:

1.Влияние температуры. Химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов, жидкие растворы), осуществляется за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией - активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно,

химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах

Возрастание химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах скорости реакции при нагревании в первом приближении подчиняется следующему правилу:

при повышении температуры на 10 0С скорость химической реакции возрастает в два - четыре раза.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант - Гоффа :

Правило Вант - Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции.
2.Влияние катализатора. Катализаторы - это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождается в конце реакции.
Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом.По агрегатному состоянию, в котором находятся катализатор и реагирующие вещества, следует различать:
гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь;
гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).
3.Влияние концентрации реагирующих веществ.При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.
Рассмотрим общее уравнение реакции: aA +bB = cC + dD. Для данной реакции кинетическое уравнение принимает вид:

Из кинетического уравнения уравнения нетрудно установить смысл коэффициента пропорциональности k, называемый константой скорости реакции. Она численно равна скорости реакции, когда концентрация каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л. Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентраций.

влияние давления на скорость реакции

Влияние давления на скорость реакции проявляется, если реагируют газообразные вещества. Давление и объем газа связаны с концентрацией и взаимно связаны между собой.

pV = nRT (уравнение Клапейрона-Менделеева)

С = — , следовательно р = CRT

Из уравнения следует, что изменение давления каждого из компонентов газовой смеси должно оказывать на скорость реакции между газообразными веществами то же влияние, что и пропорциональное ему изменение концентрации этого же компонента.

Увеличение давления или уменьшение объема системы действуют на газообразные реагенты в направлении увеличения скорости реакции между ними. Влияние давления на скорость протекания жидкофазных и твердофазных реакций обычно ничтожно (жидкости несжимаемы) и его можно не учитывать.

Пример 1. Как изменится скорость химической реакции

2S01(!)+02(!)=2S03(!),QCjm

а) увеличить общее давление в два раза;

б) увеличить объем реакционного сосуда в 4 раза.

Решение:

Первоначально скорость данной гомогенной реакции равна:

u=k-[SOJ-[02]

а) Увеличение общего давления в 2 раза равносильно увеличению концентрации каждого из газообразных веществ в 2 раза.

[SOJ = 2[S02]

[OJ=2[02]

Следовательно, скорость реакции будет равна: и< =к-(2- [S02 ]Т ■ (2[02 ]) = 8* • [S02 Y ■ [02 ] Скорость реакции увеличилась в 8 раз.

б) С увеличением объема реакционного сосуда в 4 раза, концентрация каждого из газообразных реагирующих веществ уменьшается в 4 раза.

[SOJ =±[Юг], [OJ=^[02]

Скорость реакции будет равна:

о! =k-^-[S02]T-(]A[02]) = jAk-[S02Y-[02]

4 4 64

Скорость реакции уменьшилась в 64 раза.

Пример 2. Как изменится скорость химической реакции

2Mg(K)+02U)=2MgO(K),ecjiH

а) понизить общее давление в 3 раза;

б) уменьшить объем реакционного сосуда в 2 раза.

Решение:

Скорость в данной гетерогенной реакции зависит только от концентрации газообразного компонента 02(г). Первоначально скорость реакции равна:

и = к-[02].

а) С уменьшением давления в системе в 3 раза концентрация газообразного вещества понизится в 3 раза:

Следовательно, скорость реакции будет равна:

и1 =к---2- = -к-[02] 3 3

Скорость реакции уменьшилась в 3 раза.

б) С уменьшением объема реакционного сосуда в 2 раза концентрация газообразного вещества увеличится в 2 раза: [OJ=2[02]

Следовательно, скорость реакции будет равна:

и' = к-2[02] = 2к-[02]

Скорость реакции увеличилась в 2 раза.

Влияние природы реагентов на скорость химической реакции

Константа скорости реакции зависит в первую очередь от природы реагирующих веществ. Калий быстрее взаимодействует с водой, чем натрий, а литий - еще медленнее натрия. Водород реагирует с кислородом очень быстро (часто со взрывом), а азот с кислородом - крайне медленно и лишь в жестких условиях (электрический разряд, высокие температуры).