19.7: Вплив температури

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19733

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Чадний газ часто розглядається як не що інше, як небезпечний газ, що утворюється в результаті неповного згоряння вуглецевих продуктів. Однак існує великий ринок промислового виробництва чадного газу, який використовується для синтезу більшої частини виробленої в світі оцтової кислоти. Одна реакція, яка призводить до\(\ce{CO}\) утворення, передбачає її утворення шляхом пропускання повітря над надлишком вуглецю при високих температурах. Вихідний продукт (вуглекислий газ) врівноважується з залишився гарячим вуглецем, утворюючи чадний газ. При більш низьких температурах\(\ce{CO_2}\) формування є сприятливим, тоді як\(\ce{CO}\) є переважаючим продуктом вище\(800^\text{o} \text{C}\).

Вплив температури

Підвищення або зменшення температури системи при рівновазі також є напругою для системи. Рівняння для процесу Габера-Боша записано знову нижче, як термохімічне рівняння.

\[\ce{N_2} \left( g \right) + 3 \ce{H_2} \left( g \right) \rightleftharpoons 2 \ce{NH_3} \left( g \right) + 91 \: \text{kJ}\nonumber \]

Пряма реакція - екзотермічний напрямок: утворення\(\ce{NH_3}\) виділяє тепла. Зворотною реакцією є ендотермічний напрямок: у міру\(\ce{NH_3}\) розкладання до\(\ce{N_2}\) і\(\ce{H_2}\), тепло поглинається. Підвищення температури системи сприяє напрямку реакції, яка поглинає тепло, ендотермічному напрямку. Поглинання тепла в даному випадку - це полегшення напруги, що забезпечується підвищенням температури. Для процесу Хабер-Боша підвищення температури сприяє зворотній реакції. Концентрація\(\ce{NH_3}\) в системі знижується, при цьому концентрації\(\ce{N_2}\) і\(\ce{H_2}\) підвищуються.

Зниження температури системи сприяє напрямку реакції, яка виділяє тепло, екзотермічному напрямку. Для процесу Хабер-Боша зниження температури сприяє реакції вперед. Концентрація\(\ce{NH_3}\) в системі збільшується, при цьому концентрації\(\ce{N_2}\) і\(\ce{H_2}\) зменшуються.

За зміни концентрації система реагує таким чином, що значення постійної рівноваги\(K_\text{eq}\), є незмінним. Однак зміна температури зміщує рівновагу, і\(K_\text{eq}\) значення або збільшується, або зменшується. Як обговорювалося в попередньому розділі, значення\(K_\text{eq}\) знаходяться в залежності від температури. Коли температура системи для процесу Хабер-Боша підвищується, результуючий зсув рівноваги в бік реагентів означає, що\(K_\text{eq}\) значення зменшується. При зниженні температури зсув рівноваги в бік продуктів означає, що\(K_\text{eq}\) величина збільшується.

Принцип Ле Шательє, пов'язаний зі змінами температури, можна проілюструвати реакцією, в якій тетроксид азоту знаходиться в рівновазі з діоксидом азоту:

\[\ce{N_2O_4} \left( g \right) + \text{heat} \rightleftharpoons 2 \ce{NO_2} \left( g \right)\nonumber \]

Тетроксид азоту\(\left( \ce{N_2O_4} \right)\) безбарвний, тоді як діоксид\(\left( \ce{NO_2} \right)\) азоту темно-коричневого кольору. Коли\(\ce{N_2O_4}\) розпадається на\(\ce{NO_2}\), тепло поглинається відповідно до реакції вперед вище. Тому підвищення температури системи сприятиме прямої реакції. І навпаки, зниження температури сприятиме зворотній реакції.