Det Le Chatelier-princippet beskriver reaktionen fra et system i ligevægt for at modvirke virkningerne forårsaget af et eksternt middel. Det blev formuleret i 1888 af den franske kemiker Henry Louis Le Chatelier. Det anvendes til enhver kemisk reaktion, der er i stand til at nå ligevægt i lukkede systemer..
Hvad er et lukket system? Det er en, hvor der er overførsel af energi mellem dets grænser (for eksempel en terning), men ikke af stof. For at udføre en ændring i systemet er det imidlertid nødvendigt at åbne det og derefter lukke det igen for at undersøge, hvordan det reagerer på forstyrrelsen (eller ændringen).
Når det er lukket, vender systemet tilbage til ligevægt, og dets måde at opnå dette på kan forudsiges takket være dette princip. Er den nye ligevægt den samme som den gamle? Det afhænger af, på hvilket tidspunkt systemet udsættes for ekstern forstyrrelse; hvis det varer længe nok, er den nye ligevægt anderledes.
Artikelindeks
Følgende kemiske ligning svarer til en reaktion, der har nået ligevægt:
aA + bB <=> cC + dD
I dette udtryk er a, b, c og d de støkiometriske koefficienter. Da systemet er lukket, kommer ingen reaktanter (A og B) eller produkter (C og D) ind udefra, der forstyrrer ligevægten.
Men hvad betyder balance egentlig? Når dette er indstillet, udlignes hastighederne for fremad (med uret) og omvendt (mod uret). Derfor forbliver koncentrationen af alle arter konstant over tid..
Ovenstående kan forstås på denne måde: så snart en lille A og B reagerer for at producere C og D, reagerer de med hinanden på samme tid for at regenerere det forbrugte A og B, og så videre, mens systemet forbliver i ligevægt ..
Når der imidlertid anvendes en forstyrrelse på systemet - uanset om det er tilføjet A, varme, D eller ved at reducere lydstyrken - forudsiger Le Chateliers princip, hvordan det vil opføre sig for at modvirke de forårsagede effekter, skønt det ikke forklarer mekanismen molekylær som gør det muligt at vende tilbage til ligevægt.
Afhængigt af de foretagne ændringer kan følelsen af en reaktion derfor favoriseres. For eksempel, hvis B er den ønskede forbindelse, udøves en ændring således, at ligevægten skifter til dens dannelse.
For at forstå Le Chateliers princip er en fremragende tilnærmelse at antage, at ligevægt består af en balance..
Set fra denne fremgangsmåde afvejes reagenserne i den venstre bakke (eller kurv), og produkterne vejes på den rigtige bakke. Herfra bliver forudsigelsen af systemets respons (balancen) let.
tilA + bB <=> cC + dD
Den dobbelte pil i ligningen repræsenterer stammen på balancen og de understregede pander. Så hvis en mængde (gram, milligram osv.) Af A føjes til systemet, vil der være mere vægt på den rigtige pande, og balancen vil vippe til den side..
Som et resultat stiger C + D underkop; det vil sige, det får betydning i forhold til skål A + B. Med andre ord: før tilføjelsen af A (fra og med B) skifter balancen produkterne C og D op.
I kemiske termer ender ligevægten med at skifte til højre: mod produktion af mere C og D.
Det modsatte opstår, hvis mængderne af C og D føjes til systemet: venstre pan bliver tungere, hvilket får den højre pan til at løfte sig..
Igen resulterer dette i en stigning i koncentrationerne af A og B; derfor genereres et skift af ligevægt til venstre (reaktanterne).
tilA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)
De tryk- eller volumenændringer, der er forårsaget i systemet, har kun bemærkelsesværdige virkninger på arter i luftform. For den højere kemiske ligning ville ingen af disse ændringer dog ændre ligevægten.
Hvorfor? Fordi antallet af samlede gasformige mol på begge sider af ligningen er det samme.
Balancen søger at afbalancere trykændringerne, men da begge reaktioner (direkte og invers) producerer den samme mængde gas, forbliver den uændret. For eksempel, for den følgende kemiske ligning, svarer balancen på disse ændringer:
tilA (g) + bB (g) <=> ogF.eks)
Her, i tilfælde af et fald i volumen (eller stigning i tryk) i systemet, hæver balancen gryden for at reducere denne effekt..
Hvordan? Nedsættelse af trykket gennem dannelsen af E. Dette skyldes, at når A og B udøver mere tryk end E, reagerer de for at nedsætte deres koncentrationer og øge E.
Ligeledes forudsiger Le Chatelier-princippet effekten af stigende volumen. Når dette sker, skal balancen derefter modvirke effekten ved at fremme dannelsen af mere gasformige mol, der gendanner tabet af tryk; denne gang, skubber vægten til venstre, løfter gryden A + B.
Varme kan betragtes som både reaktiv og produkt. Afhængig af reaktionens entalpi (ΔHrx) er reaktionen derfor enten eksoterm eller endoterm. Derefter placeres varmen på venstre eller højre side af den kemiske ligning.
aA + bB + varme <=> cC + dD (endoterm reaktion)
aA + bB <=> cC + dD + varme (eksoterm reaktion)
Her genererer opvarmning eller afkøling af systemet de samme reaktioner som i tilfælde af ændringer i koncentrationer..
For eksempel, hvis reaktionen er eksoterm, favoriserer afkøling af systemet forskydningen af ligevægt til venstre; mens det opvarmes, fortsætter reaktionen med en større tendens til højre (A + B).
Blandt de utallige anvendelser er der følgende, da mange reaktioner når ligevægt:
Nto(g) + 3Hto(g) <=> 2NH3(g) (eksoterm)
Den øvre kemiske ligning svarer til dannelsen af ammoniak, en af de største forbindelser produceret i industriel skala..
Her er de ideelle betingelser for at opnå NH3 er dem, hvor temperaturen ikke er særlig høj, og ligeledes hvor der er høje niveauer af tryk (200 til 1000 atm).
Lilla hortensiaer (øverste billede) skaber balance med aluminium (Al3+) findes i jord. Tilstedeværelsen af dette metal, Lewis-syre, resulterer i deres forsuring.
Imidlertid er hortensiablomster i basisk jord rød, fordi aluminium er uopløseligt i disse jordarter og ikke kan bruges af planten..
En gartner, der er fortrolig med Le Chatelier-princippet, kunne ændre farven på sine hortensiaer ved smart at forsure jorden.
Naturen drager også fordel af Le Chatelier-princippet til at dække hullofter med stalaktitter.
ACto+(ac) + 2HCO3-(ac) <=> Tyv3(s) + COto(ac) + HtoO (l)
CaCO3 (kalksten) er uopløselig i vand såvel som COto. Som COto undslipper, balancen skifter til højre; det vil sige mod dannelsen af mere CaCO3. Dette forårsager væksten af de spidse finish, som dem i billedet ovenfor..
Endnu ingen kommentarer