De Le Chatelier-prinsippet beskriver responsen til et system i likevekt for å motvirke effektene forårsaket av et eksternt middel. Den ble formulert i 1888 av den franske kjemikeren Henry Louis Le Chatelier. Den brukes på enhver kjemisk reaksjon som er i stand til å oppnå likevekt i lukkede systemer..
Hva er et lukket system? Det er en der det er overføring av energi mellom grensene (for eksempel en kube), men ikke av materie. For å utføre en endring i systemet er det imidlertid nødvendig å åpne det, og deretter lukke det igjen for å studere hvordan det reagerer på forstyrrelsen (eller endringen).
Når systemet er lukket, vil det gå tilbake til likevekt, og dets måte å oppnå dette kan forutsies takket være dette prinsippet. Er den nye likevekten den samme som den gamle? Det avhenger av når systemet utsettes for ekstern forstyrrelse; hvis det varer lenge nok, er den nye likevekten annerledes.
Artikkelindeks
Følgende kjemiske ligning tilsvarer en reaksjon som har nådd likevekt:
aA + bB <=> cC + dD
I dette uttrykket er a, b, c og d de støkiometriske koeffisientene. Siden systemet er lukket, kommer ingen reaktanter (A og B) eller produkter (C og D) inn fra utsiden som forstyrrer likevekten.
Men hva betyr balanse? Når dette er satt, utjevner hastighetene for fremover (med klokken) og omvendt (mot klokken). Konsentrasjonen av alle arter forblir derfor konstant over tid..
Ovennevnte kan forstås på denne måten: så snart litt A og B reagerer for å produsere C og D, reagerer de med hverandre samtidig for å regenerere A og B som forbrukes, og så videre mens systemet forblir i likevekt ..
Når en forstyrrelse påføres systemet - enten ved tilsetning av A, varme, D eller ved å redusere volumet - forutsier Le Chateliers prinsipp hvordan det vil oppføre seg for å motvirke de forårsaket effektene, selv om det ikke forklarer mekanismen molekyl som gjør at den kan gå tilbake til likevekt.
Avhengig av endringene som gjøres, kan følelsen av en reaksjon derfor favoriseres. For eksempel, hvis B er den ønskede forbindelsen, utøves en endring slik at likevekten skifter til dannelsen.
For å forstå Le Chateliers prinsipp, er en utmerket tilnærming å anta at likevekt består av en balanse..
Sett fra denne tilnærmingen, veies reagensene på venstre panne (eller kurv) og produktene veies på høyre panne. Herfra blir det lett å forutsi systemets respons (balansen).
tilA + bB <=> cC + dD
Den doble pilen i ligningen representerer stammen til balansen og de understrekede pannene. Så hvis en mengde (gram, milligram osv.) Av A tilsettes systemet, vil det være mer vekt på høyre panne og balansen vil vippe til den siden..
Som et resultat stiger C + D-tallerkenen; det vil si at den får betydning i forhold til rett A + B. Med andre ord: før tilsetning av A (fra og med B) forskyver balansen produktene C og D oppover.
I kjemiske termer ender likevekten med å skifte til høyre: mot produksjon av mer C og D.
Det motsatte oppstår hvis mengder av C og D tilsettes systemet: venstre panne blir tyngre og får høyre panne til å løfte seg..
Igjen resulterer dette i en økning i konsentrasjonene av A og B; derfor genereres et skifte av likevekt til venstre (reaktantene).
tilA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)
Trykk- eller volumendringene forårsaket i systemet har bare bemerkelsesverdige effekter på arter i gassform. Imidlertid, for den høyere kjemiske ligningen, ville ingen av disse endringene endre likevekten.
Hvorfor? Fordi antall totale gassmol på begge sider av ligningen er det samme.
Balansen vil søke å balansere trykkendringene, men siden begge reaksjonene (direkte og omvendt) produserer den samme mengden gass, forblir den uendret. For eksempel, for den følgende kjemiske ligningen, svarer balansen på disse endringene:
tilA (g) + bB (g) <=> ogE (g)
Her, i tilfelle volumreduksjon (eller økning i trykk) i systemet, vil balansen heve pannen for å redusere denne effekten..
Hvordan? Redusere trykket gjennom dannelsen av E. Dette skyldes at når A og B utøver mer trykk enn E, reagerer de for å redusere konsentrasjonen og øke den for E.
På samme måte forutsier Le Chatelier-prinsippet effekten av å øke volumet. Når dette skjer, må balansen motvirke effekten ved å fremme dannelsen av mer gassformede føflekker som gjenoppretter tap av trykk; denne gangen skyver du balansen til venstre, løfter kjelen A + B.
Varme kan betraktes som både reaktiv og produkt. Avhengig av reaksjonens entalpi (ΔHrx), er reaksjonen derfor enten eksoterm eller endoterm. Deretter plasseres varmen på venstre eller høyre side av den kjemiske ligningen.
aA + bB + varme <=> cC + dD (endoterm reaksjon)
aA + bB <=> cC + dD + varme (eksoterm reaksjon)
Her genererer oppvarming eller kjøling av systemet de samme responsene som i tilfelle konsentrasjonsendringer..
For eksempel, hvis reaksjonen er eksoterm, favoriserer kjøling av forskyvningen av likevekt til venstre; mens hvis den varmes opp, fortsetter reaksjonen med en større tendens til høyre (A + B).
Blant dets utallige bruksområder, siden mange reaksjoner når likevekt, er det følgende:
Nto(g) + 3Hto(g) <=> 2NH3(g) (eksoterm)
Den øvre kjemiske ligningen tilsvarer dannelsen av ammoniakk, en av de viktigste forbindelsene produsert i industriell skala..
Her er de ideelle forholdene for å oppnå NH3 er de hvor temperaturen ikke er veldig høy, og der det også er høyt nivå (200 til 1000 atm).
Lilla hortensiaer (toppbilde) balanserer med aluminium (Al3+) til stede i jord. Tilstedeværelsen av dette metallet, Lewis-syre, resulterer i forsuring.
Imidlertid er hortensiablomster i grunnjord røde fordi aluminium er uoppløselig i disse jordene og kan ikke brukes av planten..
En gartner som er kjent med Le Chatelier-prinsippet, kan endre fargen på hortensiaene sine ved å surgjøre jorda på en smart måte.
Naturen benytter seg også av Le Chatelier-prinsippet for å dekke hule tak med stalaktitter.
ACto+(ac) + 2HCO3-(ac) <=> Tyv3(s) + COto(ac) + HtoO (l)
CaCO3 (kalkstein) er uoppløselig i vann, så vel som COto. Som COto rømmer, balansen skifter til høyre; det vil si mot dannelsen av mer CaCO3. Dette forårsaker veksten av de spisse overflatene, slik som de på bildet ovenfor..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.