Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

трация образующихся продуктов реакции, тем меньше становится концентрация исходных. Тем большим оказывается значение К. Следо­вательно, тем в более сильной степени прямая реакция преобладает над обратной. Вот к чему в итоге сводится задача химика — к регулиров­ке константы равновесия. А эта регулировка требует знания двух других важнейших поня­тий кинетики: фактора температуры и фактора давления.

Для иллюстрации главных принципов хими­ческого взаимодействия вернемся опять к син­тезу аммиака. При комнатной температуре К для синтеза аммиака равна примерно 100 млн. Казалось бы, смесь азота и водорода в таких условиях моментально должна превратиться в аммиак. Но она не превращается. Очень уж мала скорость прямой реакции. А если смесь нагреть до 500°Ц? Однако в таких условиях у нас ровным счетом ничего не получится...

Расчеты кинетики показывают, что при температуре 500°Ц К составляет всего-навсего... шесть тысячных (6•10-3). Во много раз пре­обладает обратная реакция: 2NH3®3H2+N2 ... А мы бы так нагревали и нагревали смесь и думали, почему у нас ничего не получается.

Химическая кинетика четко доказала: для синтеза аммиака наиболее выгодны возможно низкая температура и возможно высокое дав­ление. И помог кинетике в этом еще один закон, управляющий миром химических реакций, так называемый принцип Ле Шателье, именуемый в честь открывшего его французского ученого.

С ростом давления увеличивается концентрация (число моле­кул реагирующих веществ в единице объема) и число столкно­вений реагирующих молекул. Поэтому давление увеличивает скорость реакции, которая пропорциональна числу столкно­вений.

Представим себе пружину, вделанную в не­подвижную опору. Если оставить пружину в покое, можно сказать, что она находится в равновесии. Если сжимать ее или, наоборот,

растягивать, пружина из состояния равновесия выходит. Однако одновременно начинает увели­чиваться ее упругость, т. е. силы, стремящиеся вернуть ее к равновесию. Они-то и противодей­ствуют сжатию или растяжению пружины. На­конец, наступит момент, когда обе силы уравно­вешиваются. Пружина снова оказывается в равновесном состоянии. Но это будет уже иное, не начальное равновесие. Оно будет смещено в сторону сжатия или растяжения.

Такое поведение деформируемой пружины аналогично действию принципа Ле Шателье. Вот как его формулирует кинетика: пусть внеш­няя сила действует на систему, находящуюся в равновесии. Тогда равновесие смещается в сторону, указываемую этим воздействием. Смещается до тех пор, пока силы противодей­ствия не уравняются с внешними.

Опять призовем на помощь реакцию синтеза аммиака. Она, как известно, обратимая:

2+N2«2NH3.

Из четырех объемов газов получаются два. Увеличивается давление, и это приводит к умень­шению объема. Следовательно, реакция сме­щается вправо. «Пружина» сжимается. Выход аммиака увеличивается.

Но любая реакция сопровождается выделе­нием или поглощением тепла. При синтезе аммиака тепло выделяется:

ЗН2+N2®2NH3+Э.

Если нагревать смесь, то реакция пойдет справа налево. Обратная реакция будет пре­обладать над прямой. «Пружина» растягивается. В обоих случаях установится новое равновесие. Но в первом оно будет соответствовать увели­чению выхода аммиака, а во втором — резкому уменьшению.

Видите, какой сложной оказывается на деле как будто бы нехитрая реакция синтеза аммиака, как тщательно приходится подбирать наилуч­шие условия температуры и давления. Но и эти факторы еще не все, чтобы можно было гово­рить об успешном получении аммиака с боль­шим выходом продукта.

Теперь вернемся к стеклянному сосуду, где заключена смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода и где не удается обнаружить ни единой капельки воды. Не нарушая герметичности сосуда, введем в него тонкую платиновую проволочку. И вот не­ожиданность. Проволочка нагревается, а сосуд наполняется туманом — водяными парами.

400