Chemická rovnováha je stav systému, kdy se rychlosti přímých a zpětných chemických reakcí rovnají. Během procesu dosažení rovnováhy mezi činidly a produkty se vytvoří určité množství produktu. Faktory, jako je teplota, tlak a koncentrace, však mohou ovlivnit polohu rovnováhy.
Vezměme si například reakci Gorenje dusíku a kyslíku, N2 + O2 = 2NO. Při zvýšení teploty lze pozorovat posun rovnováhy směrem k tvorbě většího množství oxidu dusnatého (II). K tomu dochází, protože reakce je exotermická a uvolňování tepla podporuje tvorbu většího množství produktu.
Co se však stane, když teploty klesnou? V tomto případě snížení teploty povede k exotermické reakci opačného směru, tedy tvorbě dusíku a kyslíku z oxidu dusnatého (II). K tomu dochází, protože pokles teploty snižuje energii systému a uměle redukuje systém na stranu zpětné reakce.
Při poklesu reakční teploty N2 + O2 = 2NO lze tedy očekávat posun rovnováhy směrem k tvorbě dusíku a kyslíku, nikoli oxidu dusnatého (II). To může být důležitým faktorem při určování optimálních podmínek pro produkci oxidu dusnatého (II) nebo jeho reverzní přeměnu na dusík a kyslík.
Vliv poklesu teploty na chemickou rovnováhu N2 + O2 = 2NO
Chemická rovnováha v reakci N2 + O2 = 2NO se může při změně teploty posunout. Snížení teploty má zásadní vliv na proces tvorby oxidů dusíku.
Při poklesu teploty se systém snaží kompenzovat změnu podmínek, což může vést k posunu rovnováhy na stranu, kde dochází k absorpci tepla. V této reakci je tvorba oxidu dusnatého endotermickým procesem, to znamená, že vyžaduje absorpci tepla.
Při poklesu teploty se proto systém bude snažit kompenzovat tepelné ztráty a posune rovnováhu směrem k tvorbě oxidu dusnatého (NO). To přispěje ke zvýšení tvorby oxidu dusnatého a snížení koncentrace původních činidel (N2 a O2).
Je však důležité si uvědomit, že koncentrace původních činidel nebude nulová. Chemické rovnováhy je dosaženo, když se rychlost přímé a zpětné reakce rovná, takže při poklesu teploty je v systému stále přítomno malé množství výchozích činidel.
V důsledku toho může snížení teploty stimulovat tvorbu oxidu dusnatého (no) posunutím chemické rovnováhy N2 + O2 = 2NO ve směru zpětné reakce.
Posun rovnováhy při změně teploty
Chemická rovnováha je charakterizována rovnováhou mezi přímými a zpětnými reakcemi. Může být narušena různými faktory, včetně změny teploty systému.
Podle principu Le Châtelet se při zvýšení teploty rovnováha posune na stranu, kde je energie absorbována nebo reakce doprovázena zahříváním média. V tomto případě je reakce N2 + O2 = 2NO endotermická, to znamená, že absorbuje teplo. S rostoucí teplotou se tedy rovnováha posune doprava, směrem k tvorbě NO.
Při poklesu teploty se však rovnováha posune směrem k reaktantům. Vzhledem k tomu, že reakce N2 + O2 = 2NO je endotermická, má změna teploty vliv na rovnováhu. Při poklesu teploty se uvolňuje energie a systém se snaží kompenzovat tepelné ztráty. V důsledku toho se rovnováha posune doleva, směrem k tvorbě N2 a O2.
Při poklesu teploty v reakci N2 + O2 = 2NO tedy dochází k posunu rovnováhy doleva, směrem k tvorbě původních reaktantů.