Принцип Ле Шателье: научный прорыв 18 века

О факте существования принципа Ле Шателье многие знают со школьной скамьи. Но немногие понимают и могут объяснить, в чём именно заключается этот известный принцип.

Французский учёный поведал миру о законе динамического равновесия в 1884 году. Для конца девятнадцатого века открытие было весьма существенным и сразу привлекло внимание научной общественности. Но в силу отсутствия международного научного сотрудничества полтора века назад о научном прорыве Ле Шателье знали только его соотечественники. В 1887 году о смещении химического равновесия при изменении внешних условий сказал немецкий учёный Карл Фердинанд Браун, самостоятельно открывший тот же научный закон, будучи неосведомлённым об открытии француза. Не случайно данный принцип часто называют принцип Ле Шателье – Брауна.

Так в чём же заключается принцип Ле Шателье?

Находящиеся в равновесии системы всегда стремятся сохранить своё равновесие и противодействовать внешним силам, факторам и условиям. Данное правило действует для любых систем и для любых процессов: химических, электрических, механических, тепловых. Особую практическую значимость принцип Ле Шателье имеет для обратимых химических реакций.

Воздействие температуры на скорость протекания реакции находится в непосредственной зависимости от вида реакции по тепловому эффекту. С повышением температуры наблюдается смещение равновесия в сторону эндотермической реакции. Понижение температуры, соответственно, приводит к смещению химического равновесия в сторону экзотермической реакции. Причина этому видится в том, что при выведении системы из равновесия внешними силами она переходит в состояние меньшей зависимости от факторов извне. Зависимость эндотермических и экзотермических процессов от состояния равновесия выражается уравнением Вант-Гоффа: 

V2 = V1*y (T2-T1)/10,

где V2 – это скорость химической реакции при изменённой температуре, V1 – исходная скорость реакции, у – показатель температурной разницы.

Шведский ученый Аррениус вывел формулу экспоненциальной зависимости скорости реакции от температурного режима.

К = А•е (-Е(RT)), где Е - энергия активации, R - универсальная газовая постоянная, T- температура в системе. Величина А является константой.

С увеличением давления наблюдается смещение химического равновесия в том направлении, где вещества занимают меньший объём. Если объём исходных веществ больше объёма продуктов реакции, то равновесие смещается в сторону исходных компонентов. Соответственно, если объём продуктов реакции превышает объём реагентов, то равновесие смещается в сторону получившихся химических соединений. При этом предполагается, что каждый моль газа занимает одинаковый объём при нормальных условиях. Но изменение давления в системе не всегда влияет на химическое равновесие. Принцип Ле Шателье показывает, что добавление в реакцию инертного газа меняет давление, но не выводит систему из равновесия. При этом для реакции значимо только то давление, которое связано с реагирующими веществами (гелий не имеет свободных электронов, он не вступает во взаимодействие с веществами в системе). 

Добавление в реакцию определенного количества какого-либо вещества приводит к смещению равновесия в сторону того процесса, где этого вещества становится меньше.

Равновесие имеет динамический характер. Оно «нарушается» и «выравнивается» естественным путём в процессе протекания реакции. Объясним это положение через пример. При гидрировании раствора брома образуется бромоводородная кислота. Наступает момент, когда конечного продукта образуется слишком много, его объём превышает совокупный объём мономолекул водорода и брома, скорость реакции замедляется. Если добавить в систему водород или бром, то реакция пойдёт в обратном направлении.