Химического равновесия. Принцип ле шателье

Влияние условий на положение равновесия качественно определяется принципом смещения химического равновесия, или принципом Ле Шателье [13] (1884 г.).

Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия оказать внешнее воздействие (измененить концентрации реагирующих веществ, давление или температуру), то равновесие в системе смещается в направлении той реакции, протекание которой ослабляет это воздействие.

Влияние концентрации реагирующих веществ. Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов реакции вызывает смещение равновесия в сторону прямой реакции, а увеличение концентрации продуктов реакции вызывает смещение равновесия в сторону обратной реакции.

К этому выводу можно прийти при анализе выражения для константы равновесия (с. 26), учитывая, что её величина не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Таким образом, при изменении в равновесной системе концентрации любого из реагирующих веществ, соотношение их концентраций и величина константы равновесияне изменяется, хотя положение равновесия сместится в ту или иную сторону.

Влияние давления. Давление в равновесной системе изменяет концентрацию только газообразных веществ, что вызывает смещение равновесия. Повышение давления в системе смещает химическое равновесие в направлении реакции, идущей с образованием меньшего числа молей газообразных веществ, то есть в сторону уменьшения давления, а понижение давления в системе вызывает смещение равновесия в противоположную сторону. При равном числе молей газообразных исходных веществ и продуктов реакции изменение давления не смещает химическое равновесие.

Влияние температуры. Повышение температуры вызывает смещение химического равновесия в сторону эндотермической реакции (DН > 0, или Q < 0), а понижение температуры – в сторону экзотермической реакции (DНр < 0 или Q > 0). Изменение температуры изменяет величину констант скоростей прямой и обратной реакций, причём в разной степени. Поэтому при изменении температуры изменяются константа равновесия и равновесный состав реагирующих веществ в системе.

Катализатор не вызывает смещения химического равновесия, а только ускоряет его наступление.

 

Законы наступления, сохранения и смещения динамического равновесия справедливы не только для химических и физико-химических процессов, но и имеют аналоги в живой природе. Так, аналогично принципу Ле Шателье в природе существует принцип адаптивных перестроек – любая живая система при воздействии на неё перестраивается так, чтобы уменьшить это воздействие. Например, при выходе из реки или моря в ветреную погоду, мы прижимает руки к телу, уменьшая этим площадь испарения воды и сохраняя теплоту. В жаркую погоду мы, наоборот, стараемся увеличить теплоотдачу, одеваясь в майки и шорты.

Соблюдение принципа адаптивных перестроек позволяет живым системам поддерживать состояние гомеостаза (от греч. homoios — такой же, сходный и stasis — стабильность, равновесие), основу которого составляет стационарное состояние системы, причём далёкое от равновесия, из-за чего живые системы способны к эволюции (от лат. ēvolutio – развитие).

Обратимые биохимические процессы совершаются при участии биокатализаторов (ферментов, энзимов), которые многократно ускоряют протекание химических реакций, резко сокращая время установления состояния химического равновесия, что чрезвычайно важно для организма.

Для биосферы действие указанного принципа обеспечивает сохранение её устойчивости и стабильности. Однако в последнее время наблюдается всё больше примеров нарушения этого принципа. Одним из подтверждений этого является усиление процессов опустынивания на нашей планете, в частности, в Астраханской области и Калмыкии, а также по степенная гибель Арала (рис.)