14.8: Zasada Le Chateliera: zmiana objętości (ciśnienia)

Le Chatelier’s Principle: Changing Volume (Pressure)
JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Le Chatelier’s Principle: Changing Volume (Pressure)
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

33,243 Views

02:32 min
September 24, 2020

W przypadku równowagi fazy gazowej zmiany stężeń reagentów i produktów mogą wystąpić przy zmienionej objętości i ciśnieniu. Ciśnienie parcjalne P gazu doskonałego jest proporcjonalne do jego stężenia molowego, M.

Eq1

Tak więc zmiany ciśnień cząstkowych dowolnego reagenta lub produktu są zasadniczo zmianami stężeń, dlatego zmiany te mają taki sam wpływ na równowagę. Oprócz dodawania lub usuwania reagentów lub produktów, ciśnienia (stężenia) gatunków w równowadze fazy gazowej można również zmieniać poprzez zmianę objętości zajmowanej przez układ. Ponieważ wszystkie gatunki równowagi fazy gazowej zajmują tę samą objętość, dana zmiana objętości spowoduje taką samą zmianę stężenia zarówno dla reagentów, jak i produktów. Aby określić, jaką zmianę, jeśli w ogóle, wywoła ten rodzaj naprężenia, należy wziąć pod uwagę stechiometrię reakcji.

W stanie równowagi reakcję N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 NO (g) opisuje się ilorazem reakcji

Eq2

Jeżeli objętość zajmowana przez równowagę mieszaniny tych gatunków zmniejszy się o współczynnik 3, ciśnienia cząstkowe wszystkich trzech gatunków zostaną zwiększone o współczynnik 3:

Eq3

Tak więc zmiana objętości tej mieszaniny równowagi gazowo-fazowej nie powoduje przesunięcia równowagi.

Podobne traktowanie innego układu, 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 SO3 (g), daje jednak inny wynik:

Eq4

W tym przypadku zmiana objętości powoduje, że iloraz reakcji jest mniejszy niż stała równowagi, a więc równowaga przesunie się w prawo.

Wyniki te ilustrują związek między stechiometrią równowagi fazy gazowej a wpływem zmiany ciśnienia (stężenia) wywołanej objętością. Jeśli całkowite ilości molowe reagentów i produktów są równe, jak w pierwszym przykładzie, zmiana objętości nie zmienia równowagi. Jeśli ilości molowe reagentów i produktów są różne, zmiana objętości przesunie równowagę w kierunku, który lepiej “dostosuje” się do zmiany objętości. W drugim przykładzie trzy mole reagenta (SO2 i O2) dają dwa mole produktu (SO3), a więc zmniejszenie objętości układu powoduje przesunięcie równowagi w prawo, ponieważ reakcja naprzód wytwarza mniej gazu (2 mol) niż reakcja odwrotna (3 mol). I odwrotnie, zwiększenie objętości tego układu równowagi spowodowałoby przesunięcie w kierunku reagentów.

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 13.3 Przesuwanie równowagi: zasada LeChateliera.