Rovnováha v chemickém systému mezi dvěma dvouatomovými molekulami síry (SO2) a jednou dvouatomovou molekulou kyslíku (O2), která spočívá ve vytvoření dvou tříatomových molekul anhydridu sírového (SO3), může být posunuta směrem k tvorbě produktů směrem ke změně koncentrace jednoho nebo více činidlo.
Zvýšení koncentrace kyslíku, jednoho z reaktantů, vede k posunu rovnováhy ve směru tvorby většího množství anhydridu siřičitého. Jak je známo, k posunu rovnováhy dochází ve směru snížení koncentrace reaktantu a zvýšení koncentrace reakčních produktů.
S rostoucí koncentrací kyslíku se zvyšuje jeho míra účasti na reakci. Větší množství kyslíku umožňuje více jeho molekul reagovat s molekulami oxidu siřičitého. Toto zvýšení počtu činidel zvyšuje rychlost tvorby produktů, v tomto případě anhydridu siřičitého. Současně se zvyšuje koncentrace reakčních produktů a rovnováha se posouvá na jejich stranu.
Zvýšení koncentrace kyslíku tedy vede k posunu rovnováhy směrem k tvorbě většího množství anhydridu síranu, který lze použít v průmyslových procesech ke zvýšení výstupu reakčního produktu.
Změna rovnováhy systému při zvýšení koncentrace kyslíku
Při zvýšení koncentrace kyslíku v reakčním systému 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2so3 (g) dochází k posunu rovnováhy ve směru tvorby SO3 (g).
Koncentrace činidla O2 (g) je faktorem ovlivňujícím rovnovážnou polohu v dané chemické reakci. S rostoucí koncentrací kyslíku se zvyšuje počet dostupných činidel pro tvorbu SO3 (g).
V souladu s principem Le Châtelet se systém posouvá směrem, který kompenzuje změnu vnějších podmínek. S rostoucí koncentrací kyslíku se tedy reakční systém posune doprava, směrem k tvorbě SO3 (g), aby dosáhl nové rovnováhy.
Zvýšení koncentrace kyslíku vede ke zvýšení počtu molekul reaktantu O2 (g), což zvyšuje pravděpodobnost kolizí mezi molekulami reaktantů. To zase vede ke zvýšení rychlosti tvorby SO3 (g) a posunutí rovnováhy doprava.
Zvýšení koncentrace kyslíku v reakčním systému 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2so3 (g) tedy přispívá ke zvýšení koncentrace SO3 (g). To umožňuje zvýšit výstup požadovaného produktu a zvýšit efektivitu procesu.
Vliv koncentrace kyslíku na rovnováhu systému
Zvýšení koncentrace kyslíku v systému může vést k posunu rovnováhy doprava, tj. ke zvýšení tvorby oxidu siřičitého. Souvisí to s principem Le Châtelet: pokud systém přidá komponenty, rovnováha se posune směrem ke snížení jejich koncentrace, aby se kompenzovalo přidání.
Pro lepší představu o vlivu koncentrace kyslíku na rovnováhu systému použijeme tabulku:
| Počáteční koncentrace | Koncentrace po přidání kyslíku | Změna koncentrace | Posun rovnováhy |
|---|---|---|---|
| Velká | Ještě větší | Zvýšení | Vpravo |
| Malá | Velká | Zvýšení | Vpravo |
| Maximální | Velká | Zvýšení | Vpravo |
Zvýšení koncentrace kyslíku v systému tak zvyšuje podíl tvorby oxidu siřičitého. To může být použito v průmyslu ke zvýšení výstupu oxidu siřičitého při výrobě kyseliny sírové a dalších produktů, které vyžadují přítomnost této sloučeniny.
Pohyb rovnováhy směrem ke vzdělání SO3
Při zvýšení koncentrace kyslíku v systému 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2so3 (g) se rovnováha posune směrem k tvorbě SO3. Důvodem je princip Le Châtelet, podle kterého se systém bude snažit snížit koncentraci kyslíku.
Zvýšení koncentrace kyslíku znamená zvýšení čitatele koeficientu aktivity kyslíku ve výrazu pro konstantní rovnováhu. Hodnota konstantní rovnováhy se tak zvýší.
Zvýšení hodnoty konstantní rovnováhy znamená, že rovnováha se posune směrem k tvorbě kvantitativně vyšších látek, v tomto případě směrem k tvorbě SO3.
To může být užitečné v průmyslových procesech, kde je vzdělávání SO3 důležité. Například při výrobě kyseliny sírové, kde se SO3 používá k další reakci s vodou k výrobě kyseliny sírové.
Zvýšení koncentrace kyslíku lze tedy použít k řízení procesu tvorby SO3 a zvýšení výstupu cílového produktu.