Принцип Ле Шательє - Брауна ( тисячі вісімсот вісімдесят чотири м) - якщо на систему, що знаходиться в стійкому рівновазі, впливати ззовні, змінюючи будь-яка з умов рівноваги ( температура , тиск , концентрація , зовнішнє електромагнітне поле ), То в системі посилюються процеси, спрямовані в бік протидії змінам.

Анрі Ле Шательє ( Франція ) Сформулював цей термодинамічний принцип рухомого рівноваги, пізніше узагальнений Карлом Брауном [1] .

Принцип застосуємо до рівноваги будь-якої природи: механічному, тепловому, хімічному, електричному ( ефект Ленца , явище Пельтьє ) [2] .

Якщо зовнішні умови змінюються, це призводить до зміни рівноважних концентрацій речовин. У цьому випадку говорять про порушення або зміщенні хімічної рівноваги.

Хімічна рівновага зміщується в ту чи іншу сторону при зміні будь-якого з наступних параметрів:

1. температури системи, тобто при її нагріванні або охолодженні
2. тиску в системі, тобто при її стисненні або розширенні
3. концентрації одного з учасників оборотної реакції

Символ + Q або -Q, записаний в кінці термохімічного рівняння, характеризує парниковий ефект прямої реакції. Він дорівнює за величиною теплового ефекту зворотної реакції, але протилежний йому за знаком.

Вплив температури залежить від знака теплового ефекту реакції. При підвищенні температури хімічна рівновага зміщується в напрямку ендотермічної реакції , При зниженні температури - в напрямку екзотермічної реакції . У загальному ж випадку при зміні температури хімічна рівновага зміщується в бік процесу, знак зміни ентропії в якому збігається зі знаком зміни температури.

Залежність константи рівноваги від температури в конденсованих системах описується рівнянням ізобари Вант-Гоффа:

(D ln ⁡ KP d T) p = Δ H 0 RT 2, {\ displaystyle \ left ({\ frac {d \ ln K_ {P}} {dT}} \ right) _ {p} = {\ frac { \ Delta H ^ {0}} {RT ^ {2}}}}

в системах з газовою фазою - рівнянням ізохорами Вант-Гоффа

(D ln ⁡ K C d T) v = Δ U 0 R T 2. {\ Displaystyle \ left ({\ frac {d \ ln K_ {C}} {dT}} \ right) _ {v} = {\ frac {\ Delta U ^ {0}} {RT ^ {2}}} .}

У невеликому діапазоні температур в конденсованих системах зв'язок константи рівноваги з температурою виражається наступним рівнянням:

ln ⁡ K P = - Δ H 0 R T + Δ S 0 R. {\ Displaystyle \ ln K_ {P} = - {\ frac {\ Delta H ^ {0}} {RT}} + {\ frac {\ Delta S ^ {0}} {R}}.}

Наприклад, в реакції синтезу аміаку

N 2 + 3 H 2 ⇄ 2 N H 3 + Q {\ displaystyle {\ mathsf {N_ {2} + 3H_ {2} \ rightleftarrows 2NH_ {3} + Q}}}

тепловий ефект в стандартних умовах становить +92 кДж / моль, реакція екзотермічна, тому підвищення температури призводить до зміщення рівноваги в бік вихідних речовин і зменшення виходу продукту.

Тиск істотно впливає на стан рівноваги в реакціях за участю газоподібних речовин, що супроводжуються зміною обсягу за рахунок зміни кількості речовини при переході від вихідних речовин до продуктів:

При підвищенні тиску рівновагу зсувається в напрямку, в якому зменшується сумарна кількість молей газів і навпаки.

У реакції синтезу аміаку кількість газів зменшується вдвічі: N2 + 3H2 ↔ 2NH3

Значить, при підвищенні тиску рівновагу зміщується в бік утворення NH3, про що свідчать наступні дані для реакції синтезу аміаку при 400 ° C: [ Джерело не вказано 404 дня ]

тиск, МПа 0,1 10 20 30 60 100 об'ємна частка NH3,% 0,4 26 36 46 66 80

Введення в реакційну суміш або освіту в ході реакції інертних газів діє так само, як і зниження тиску, оскільки знижується парціальний тиск реагують речовин. Слід зазначити, що в даному випадку в якості інертного газу розглядається газ, який не бере участі в реакції. У системах зі зменшенням кількості молей газів інертні гази зміщують рівновагу в бік вихідних речовин, тому в виробничих процесах, в яких можуть утворюватися або накопичуватися інертні гази, потрібно періодична продувка газоводів.

Вплив концентрації на стан рівноваги підпорядковується наступним правилам:

• При підвищенні концентрації одного з вихідних речовин рівновага зміщується в напрямку утворення продуктів реакції (вправо);
• При підвищенні концентрації одного з продуктів реакції рівновагу зсувається в напрямку утворення вихідних речовин (вліво).