Sự chuyển dịch cân bằng hóa học Nguyên lí Le Chatelier

1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.4.2.3. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học Nguyên lí Le Chatelier

1.4.2.3.1. Khái niệm về sự dịch chuyển cân bằng hóa học. Nguyên lí Le Chatelier Một hệ cân bằng được đặc trưng bởi các giá trị hoàn toàn xác định của các thông số như nhiệt độ, áp suất, nồng độ của các cấu tử,… Nếu như bằng một cách nào đó người ta làm thay đổi một trong các yếu tố này thì trạng thái của hệ sẽ bị thay đổi, các thông số của hệ sẽ nhận những giá trị mới và do đó, hệ chuyển sang một trạng thái mới. Thế nhưng khi tác động bên ngoài ấy bị loại bỏ thì hệ lại quay trở lại trạng thái ban đầu. Hiện tượng trên được gọi là sự dịch chuyển cân bằng hóa học.

Nguyên lí Le Chatelier: Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định trạng thái của một hệ cân bằng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những thay đổi đó. 1.4.2.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Giả sử có phản ứng: aA + bB cC + dD b a d c B A D C RT G K RT G G ] [ ] [ ] [ ] [ ln ln ⁰ 0       Lúc cân bằng  G 0

Nếu tăng nồng độ chất phản ứng ( _{ }A hoặc  _{ }B ),  G 0hệ không còn ở trạng thái cân bằng nữa. Phản ứng theo chiều từ trái sang phải tiếp tục xảy ra cho đến khi

G 0

  . Sự tăng nồng độ của các chất sản phẩm C và D sẽ gây nên kết quả ngược lại. Như vậy:

 Khi tăng nồng độ của các chất phản ứng cân bằng sẽ chuyển dịch từ trái sang phải.

38 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh

 Khi tăng nồng độ của các chất sản phẩm phản ứng cân bằng sẽ dịch chuyển từ phải sang trái.

Kết luận: khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó.

Lưu ý rằng, nếu trong hệ cân bằng có chất rắn (ở dạng nguyên chất) thì việc thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng đến cân bằng, nghĩa là cân bằng không chuyển dịch (trừ trường hợp việc thêm hoặc bớt này gây ra sự biến đổi áp suất chung của hệ).

1.4.2.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Từ phương trình: G⁰  H⁰    T S⁰ RT lnK rút ra: 0 0 H S lnK RT R      (*)

Nếu xem H⁰ và S⁰ là không phụ thuộc vào nhiệt độ, từ phương trình (*) ta thấy:

 Đối với các phản ứng tỏa nhiệt (H0 < 0), khi nhiệt độ tăng, số hạng 0 H RT



 sẽ

giảm dẫn đến K giảm. Điều đó có nghĩa là cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng nghịch, tức phản ứng thu nhiệt.

 Đối với các phản ứng thu nhiệt (H0 > 0), khi nhiệt độ tăng, số hạng 0 H RT



 sẽ

tăng dẫn đến K tăng. Điều đó có nghĩa là cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng thuận, tức phản ứng thu nhiệt.

Như vậy, trong cả hai trường hợp khi tăng nhiệt độ thì cân bằng đều chuyển dịch về phía phản ứng thu nhiệt. Điều này phù hợp với nguyên lí Le Chatelier: Khi tăng nhiệt độ thì cân bằng dịch chuyển về phía phản ứng thu nhiệt để hấp thụ bớt lượng nhiệt đưa về hệ do đó giảm (chống lại) sự tăng nhiệt độ. Và ngược lại.

1.4.2.3.4. Ảnh hưởng của áp suất

Ở đây chỉ xét sự thay đổi áp suất chung của cả hệ đến sự chuyển dịch cân bằng hóa học. Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất riêng của từng cấu tử giống ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ.

39 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh aA + bB cC + dD _b B a A d D c C P P P P P K 

Vì Pi = xi.P (Pi : áp suất riêng của khí i trong hỗn hợp, xi: phần mol của khí i, P: áp suất chung của hỗn hợp), nên có thể viết:

c d c d (c d) (a b) n C D C D p a b a b x A B A B (x .P) .(x .P) x .x K .P K .P (x .P) .(x .P) x .x        n (c d) (a b)

     biến thiên số mol khí trong hệ phản ứng. Giả sử hệ ở trạng thái cân bằng ta có:   G G⁰RTlnK_p  G⁰RTlnK .P_x ⁿ 0

Ở nhiệt độ cố định, nếu thay đổi áp suất chung của cả hệ, giá trị Gchỉ phụ thuộc vào Pⁿ

. Chúng ta phân biệt các trường hợp sau:

 Khi  n 0, nghĩa là số phân tử khí ở hai vế của phương trình phản ứng bằng nhau,   G G⁰RTlnK .P_x ⁿ0. Trạng thái cân bằng của hệ không thay đổi. Nói cách khác, sự thay đổi áp suất chung của cả hệ không làm chuyển dịch cân bằng.

 Khi  n 0, nghĩa là số phân tử khí ở vế phải của phương trình phản ứng lớn hơn ở vế trái. Khi áp suất chung P của cả hệ tăng lên, giá trị của Pn

tăng lên, biến thiên thế đẳng áp G của hệ trở thành dương ( G 0)  . Phản ứng sẽ xảy ra theo chiều từ phải sang trái. Nói cách khác, cân bằng chuyển dịch về phía có số phân tử khí ít hơn.

 Khi  n 0, nghĩa là số phân tử khí ở vế trái của phương trình phản ứng lớn hơn ở vế phải. Khi áp suất chung P của cả hệ tăng lên, giá trị của Pn giảm xuống, biến thiên thế đẳng áp G của hệ trở thành âm ( G 0)  . Phản ứng sẽ xảy ra theo chiều từ trái sang phải. Nói cách khác, cân bằng chuyển dịch về phía có số phân tử khí ít hơn. Và ngược lại.

Như vậy, khi tăng áp suất chung của cả hệ, cân bằng sẽ chuyển dịch về phía có số phân tử khí ít hơn để chống lại sự tăng áp suất. Điều này phù hợp với nguyên lí Le Chatelier.

1.4.2.3.5. Vai trò của chất xúc tác

40 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh

làm biến đổi hằng số cân bằng, nên không làm cân bằng chuyển dịch. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nên khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thái cân bằng thì chất xúc tác có tác dụng làm cho cân bằng được thiết lập nhanh chóng hơn.

41 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh