Реакция термодинамической системы на внешнее воздействие. Принцип Ле-Шателье-Брауна

Принцип Ле-Шателье-Брауна предсказывает направление процессов, которые будут протекать в термодинамической системе, при выведении системы внешним воздействием из устойчивого равновесного состояния, хотя этот принцип зачастую не позволяет сделать сколько-нибудь точных количественных заключений.

Исторически принцип Ле-Шателье-Брауна был получен из аналогии с законом индукции Ленца: При изменении магнитного потока сквозь проводящий электрический контур в этом контуре возникает ток, такой по величине и направлению, что он своим магнитным полем стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которым он вызывается.

Принцип Ле-Шателье-Брауна утверждает, что всякое внешнее воздействие вызывает в равновесной термодинамической системе такие побочные процессы, которые стремятся ослабить прямой результат этого внешнего воздействия. То есть, когда термодинамическая система испытывает внешнее воздействие, изменяющее непосредственно один из параметров, характеризующих состояние системы, то другой параметр, прямо не связанный с этим внешним воздействием, меняется таким образом, чтобы затруднить изменение первого параметра. Так, например, если внезапно увеличить давление извне на термодинамическую систему, то первое время, пока процесс сжатия происходит практически адиабатно, сжатию противодействует не только уменьшение объема и прямо связанное с ним повышение давления, но и повышение температуры как результат адиабатного сжатия. Здесь побочный эффект – повышение температуры - препятствует прямому эффекту внешнего воздействия – уменьшению объема, поскольку повышение температуры вызывает повышение давления внутри системы и сжимать систему становится труднее. Таким образом, принцип Ле-Шателье-Брауна утверждает, что внешнее воздействие, выводящее термодинамическую систему из состояния устойчивого равновесия, провоцирует в этой системе процессы такого направления, что они стремятся воспрепятствовать изменениям в системе, вызываемым этим внешним воздействием.

Итак, равновесие термодинамической системы, подвергшейся внешнему воздействию, смещается в таком направлении, чтобы по возможности скомпенсировать результат внешнего воздействия.

Практическая ценность принципа Ле-Шателье-Брауна состоит в том, что он позволяет без конкретного анализа предсказывать направление, в котором будут изменяться термодинамические характеристики равновесной системы, подвергшейся внешнему воздействию.

Этот принцип оказался удобен для выяснения, в каком направлении смещается состояние равновесия сложной, многокомпонентной системы в случаях, когда детальный анализ затруднителен. Особенно полезным этот принцип оказался в применении к химическим реакциям. Так, если химическая реакция эндотермическая, то есть протекает с поглощением теплоты, то нагревание системы ведет к возрастанию выхода продуктов реакции, и наоборот, если реакция экзотермическая (с выделением теплоты), то нагревание системы ведет к уменьшению выхода продуктов реакции. Понятно, что знание такого поведения химических реакций чрезвычайно полезно для практики, так как позволяет в зависимости от потребности усилить или уменьшить эффект внешнего воздействия.

10. ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ