Back to chapter

14.9:

ΠŸΡ€ΠΈΠ½Ρ†ΠΈΠΏ Π›Π΅Π¨Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ΅: ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹

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 Temperature

Languages

Share

Π’Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Π° влияСт Π½Π° ΡΠΊΠΎΡ€ΠΎΡΡ‚ΡŒ химичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ;ΡΠ»Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎ, ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ Π² состоянии равновСсия дСйствуСт ΠΊΠ°ΠΊ напряТСниС Π² систСмС. ΠŸΡ€ΠΈΠ½Ρ†ΠΈΠΏ Π›Π΅ Π¨Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ΅ прСдсказываСт, ΠΊΠ°ΠΊ систСма ΠΎΡ‚Ρ€Π΅Π°Π³ΠΈΡ€ΡƒΠ΅Ρ‚, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΌΠΈΠ½ΠΈΠΌΠΈΠ·ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Ρ‚Π°ΠΊΠΈΠ΅ возмущСния. ИзмСнСниС Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ мСняСт Π·Π½Π°Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ константы равновСсия, Π² ΠΎΡ‚Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ΅ ΠΎΡ‚ измСнСния ΠΊΠΎΠ½Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€Π°Ρ†ΠΈΠΈ ΠΈΠ»ΠΈ объСма, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠ΅ сдвигаСт равновСсиС Π±Π΅Π· измСнСния значСния K.Рассмотрим Ρ€Π°Π·Π»ΠΎΠΆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Π³Π°Π·ΠΎΠΎΠ±Ρ€Π°Π·Π½ΠΎΠ³ΠΎ ΠΏΠ΅Π½Ρ‚Π°Ρ…Π»ΠΎΡ€ΠΈΠ΄Π° фосфора Π½Π° Ρ‚Ρ€ΠΈΡ…Π»ΠΎΡ€ΠΈΠ΄ фосфора ΠΈ Π³Π°Π·ΠΎΠΎΠ±Ρ€Π°Π·Π½Ρ‹ΠΉ Ρ…Π»ΠΎΡ€.Для этой эндотСрмичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ ΠΏΠΎΠ³Π»ΠΎΡ‰Π΅Π½Π½ΠΎΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ Ρ€Π°ΡΡΠΌΠ°Ρ‚Ρ€ΠΈΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΊΠ°ΠΊ исходноС вСщСство. ΠŸΠΎΠ²Ρ‹ΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ²Π°Π΅Ρ‚ Π½Π°Π³Ρ€Π΅Π² систСмы, ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΡ€ΠΈ Π΄ΠΎΠ±Π°Π²Π»Π΅Π½ΠΈΠΈ большСго количСства исходного вСщСства. Π’Π°ΠΊΠΈΠΌ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠΌ, равновСсиС смСщаСтся Π² сторону ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ² ΠΈ ΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ большС Ρ‚Ρ€ΠΈΡ…Π»ΠΎΡ€ΠΈΠ΄Π° фосфора ΠΈ Ρ…Π»ΠΎΡ€Π°, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΏΠΎΡ‚Ρ€Π΅Π±Π»ΡΡ‚ΡŒ Π΄ΠΎΠΏΠΎΠ»Π½ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ, ΠΏΠΎΡ‚ΠΎΠΌΡƒ Ρ‡Ρ‚ΠΎ Π·Π½Π°Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ константы равновСсия K ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ»ΠΎΡΡŒ.Π‘ Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΎΠΉ стороны, сниТСниС Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ удаляСт Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ ΠΈΠ· систСмы, ΠΏΠΎΠ΄ΠΎΠ±Π½ΠΎ ΡƒΠ΄Π°Π»Π΅Π½ΠΈΡŽ исходного вСщСства. РавновСсиС смСщаСтся Π² сторону исходных вСщСств ΠΈ ΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ большС ΠΏΠ΅Π½Ρ‚Π°Ρ…Π»ΠΎΡ€ΠΈΠ΄Π° фосфора для выдСлСния Ρ‚Π΅ΠΏΠ»Π°, ΠΏΠΎΡ‚ΠΎΠΌΡƒ Ρ‡Ρ‚ΠΎ Π·Π½Π°Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ K ΡƒΠΌΠ΅Π½ΡŒΡˆΠΈΠ»ΠΎΡΡŒ. Для экзотСрмичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, Ρ‚Π°ΠΊΠΎΠΉ ΠΊΠ°ΠΊ газовая рСакция ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ диоксидом сСры ΠΈ кислородом с ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ΠΌ триоксида сСры, Π²Ρ‹Π΄Π΅Π»ΡΡŽΡ‰Π΅Π΅ΡΡ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ Ρ€Π°ΡΡΠΌΠ°Ρ‚Ρ€ΠΈΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚.ΠŸΠΎΠ²Ρ‹ΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ ΠΏΠΎΡ…ΠΎΠΆΠ΅ Π½Π° Π΄ΠΎΠ±Π°Π²Π»Π΅Π½ΠΈΠ΅ большСго количСства ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Π°. Π­Ρ‚ΠΎ смСщаСт равновСсиС Π² сторону исходных вСщСств, производя большС диоксида сСры ΠΈ кислорода, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΏΠΎΠ³Π»ΠΎΡ‚ΠΈΡ‚ΡŒ Ρ‡Π°ΡΡ‚ΡŒ Π΄ΠΎΠ±Π°Π²Π»Π΅Π½Π½ΠΎΠ³ΠΎ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»Π°, ΠΏΠΎΡ‚ΠΎΠΌΡƒ Ρ‡Ρ‚ΠΎ Π·Π½Π°Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ K ΡƒΠΌΠ΅Π½ΡŒΡˆΠΈΠ»ΠΎΡΡŒ. И Π½Π°ΠΎΠ±ΠΎΡ€ΠΎΡ‚, сниТСниС Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ этой экзотСрмичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ удаляСт Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ ΠΏΠΎΠ΄ΠΎΠ±Π½ΠΎ ΡƒΠ΄Π°Π»Π΅Π½ΠΈΡŽ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Π°.РавновСсиС смСщаСтся Π² сторону ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ² ΠΈ ΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ большС триоксида сСры для выдСлСния Ρ‚Π΅ΠΏΠ»Π° ΠΏΠΎ ΠΌΠ΅Ρ€Π΅ увСличСния K.Π’Π°ΠΊΠΈΠΌ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠΌ, ΠΏΠΎΠ²Ρ‹ΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ благоприятствуСт ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΡŽ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ² эндотСрмичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, Ρ‚ΠΎΠ³Π΄Π° ΠΊΠ°ΠΊ сниТСниС Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ благоприятствуСт ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΡŽ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ² экзотСрмичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ.

14.9:

ΠŸΡ€ΠΈΠ½Ρ†ΠΈΠΏ Π›Π΅Π¨Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ΅: ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹

Π’ соотвСтствии с Π·Π°ΠΊΠΎΠ½ΠΎΠΌ массового дСйствия, равновСсиС, напряТСнноС ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ΠΌ ΠΊΠΎΠ½Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€Π°Ρ†ΠΈΠΈ, Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΡΠΌΠ΅Ρ‰Π°Ρ‚ΡŒΡΡ, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ Π²ΠΎΡΡΡ‚Π°Π½ΠΎΠ²ΠΈΡ‚ΡŒ равновСсиС Π±Π΅Π· ΠΊΠ°ΠΊΠΎΠ³ΠΎ-Π»ΠΈΠ±ΠΎ измСнСния значСния константы равновСсия, K. ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° равновСсиС смСщаСтся Π² ΠΎΡ‚Π²Π΅Ρ‚ Π½Π° ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹, ΠΎΠ΄Π½Π°ΠΊΠΎ ΠΎΠ½ вновь устанавливаСтся с Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΈΠΌ ΠΎΡ‚Π½ΠΎΡΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌ составом, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΉ ΠΏΠΎΠΊΠ°Π·Ρ‹Π²Π°Π΅Ρ‚ Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΎΠ΅ Π·Π½Π°Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ для константы равновСсия.

Π§Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΏΠΎΠ½ΡΡ‚ΡŒ это явлСниС, рассмотрим ΡΠ»Π΅ΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°Ρ€Π½ΡƒΡŽ Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΡŽ:

 Eq1

ΠŸΠΎΡΠΊΠΎΠ»ΡŒΠΊΡƒ это элСмСнтарная рСакция, Π·Π°ΠΊΠΎΠ½Ρ‹ ΠΎ ставках для ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π½Π΅Π³ΠΎ ΠΈ Π·Π°Π΄Π½Π΅Π³ΠΎ Ρ…ΠΎΠ΄Π° ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ ΠΏΠΎΠ»ΡƒΡ‡Π΅Π½Ρ‹ нСпосрСдствСнно ΠΈΠ· стСхиомСтрии сбалансированного уравнСния:

 Eq2

Когда систСма находится Π² равновСсии,

 Eq3

ΠŸΠΎΠ΄ΠΌΠ΅Π½ΡΡ‚ΡŒ Π·Π°ΠΊΠΎΠ½Ρ‹ ΠΎ ΠΏΡ€ΠΎΡ†Π΅Π½Ρ‚Π½ΠΎΠΉ ставкС Π½Π° это равСнство ΠΈ ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π³Ρ€ΡƒΠΏΠΏΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΈΡ…

 Eq4

ΠšΠΎΠ½ΡΡ‚Π°Π½Ρ‚Π° равновСсия ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ Π²Ρ‹Ρ€Π°ΠΆΠ΅Π½Π° ΠΊΠ°ΠΊ матСматичСская функция констант скорости для Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΉ ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π½Π΅Π³ΠΎ ΠΈ Π·Π°Π΄Π½Π΅Π³ΠΎ Ρ…ΠΎΠ΄Π°. ΠŸΠΎΡΠΊΠΎΠ»ΡŒΠΊΡƒ константы скорости ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½ΡΡŽΡ‚ΡΡ Π² зависимости ΠΎΡ‚ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹, ΠΊΠ°ΠΊ описано Π² ΡƒΡ€Π°Π²Π½Π΅Π½ΠΈΠΈ АррСниуса, слСдуСт ΠΈΠΌΠ΅Ρ‚ΡŒ Π² Π²ΠΈΠ΄Ρƒ, Ρ‡Ρ‚ΠΎ константа равновСсия Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΠΌΠ΅Π½ΡΡ‚ΡŒΡΡ Π² зависимости ΠΎΡ‚ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ (ΠΏΡ€ΠΈ условии, Ρ‡Ρ‚ΠΎ константы скорости ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½ΡΡŽΡ‚ΡΡ Π² зависимости ΠΎΡ‚ измСнСния Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹). Для Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ слоТных Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΉ с участиСм многоступСнчатых ΠΌΠ΅Ρ…Π°Π½ΠΈΠ·ΠΌΠΎΠ² Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ сущСствуСт Π°Π½Π°Π»ΠΎΠ³ΠΈΡ‡Π½ΠΎΠ΅, Π½ΠΎ Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ слоТноС матСматичСскоС ΡΠΎΠΎΡ‚Π½ΠΎΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ константой равновСсия ΠΈ константами скорости шагов Π² ΠΌΠ΅Ρ…Π°Π½ΠΈΠ·ΠΌΠ΅. НСзависимо ΠΎΡ‚ Ρ‚ΠΎΠ³ΠΎ, насколько слоТной ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ рСакция, тСмпСратурная Π·Π°Π²ΠΈΡΠΈΠΌΠΎΡΡ‚ΡŒ Π΅Π΅ равновСсной константы сохраняСтся.

ΠŸΡ€Π΅Π΄ΡΠΊΠ°Π·Π°Π½ΠΈΠ΅ сдвига равновСсиС Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΠΎΡ‰ΡƒΡ‰Π°Ρ‚ΡŒΡΡ Π² ΠΎΡ‚Π²Π΅Ρ‚ Π½Π° ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ Π½Π°ΠΈΠ±ΠΎΠ»Π΅Π΅ ΡƒΠ΄ΠΎΠ±Π½Ρ‹ΠΌ ΠΏΡƒΡ‚Π΅ΠΌ с ΡƒΡ‡Π΅Ρ‚ΠΎΠΌ измСнСния ΡΠ½Ρ‚Π°Π»ΡŒΠΏΠΈΠΈ Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ. НапримСр, ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ Π°ΠΌΠΌΠΈΠ°ΠΊΠ° Π² процСссС Π₯Π°Π±Ρ€Π΅Ρ€Π° являСтся экзотСрмичСским (тСплопроизводящим) процСссом:

 Eq5

Π’ цСлях примСнСния ΠΏΡ€ΠΈΠ½Ρ†ΠΈΠΏΠ° Π›Π΅ Π¨Π°Ρ‚ΡŒΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ, q, ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ Ρ€Π°ΡΡΠΌΠ°Ρ‚Ρ€ΠΈΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚:

 Eq6

ΠŸΠΎΠ²Ρ‹ΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ систСмы сродни ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡Π΅Π½ΠΈΡŽ количСства ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Π°, поэтому равновСсиС Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΡΠΌΠ΅Ρ‰Π°Ρ‚ΡŒΡΡ Π²Π»Π΅Π²ΠΎ. Π‘Π½ΠΈΠΆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠ΅Ρ€Π°Ρ‚ΡƒΡ€Ρ‹ Π² систСмС Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ ΠΏΡ€ΠΈΠ²Π΅Π΄Π΅Ρ‚ ΠΊ ΡΠΌΠ΅Ρ‰Π΅Π½ΠΈΡŽ равновСсия Π²ΠΏΡ€Π°Π²ΠΎ. Для эндотСрмичСских процСссов Ρ‚Π΅ΠΏΠ»ΠΎ рассматриваСтся ΠΊΠ°ΠΊ Ρ€Π΅Π°Π³Π΅Π½Ρ‚ Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ ΠΈ поэтому Π½Π°Π±Π»ΡŽΠ΄Π°Π΅Ρ‚ΡΡ противополоТная тСмпСратурная Π·Π°Π²ΠΈΡΠΈΠΌΠΎΡΡ‚ΡŒ.

Π­Ρ‚ΠΎΡ‚ тСкст Π±Ρ‹Π» Π°Π΄Π°ΠΏΡ‚ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Π½ ΠΊ Openstax, Π₯имия 2Π΅ ΠΈΠ·Π΄., Ρ€Π°Π·Π΄Π΅Π» 13.3 Π‘Π΄Π²ΠΈΠ³Π°ΡŽΡ‰Π΅Π΅ равновСсиС: ΠŸΡ€ΠΈΠ½Ρ†ΠΈΠΏ Π›Π΅ Π¨Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ΅.