หลักการของ Le Chatelier ในสิ่งที่ประกอบด้วยและการใช้งาน



หลักการของ Le Chatelier อธิบายการตอบสนองของระบบในภาวะสมดุลเพื่อต่อต้านผลกระทบที่เกิดจากตัวแทนภายนอก มันถูกกำหนดในปี 1888 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Henry Louis Le Chatelier มันถูกนำไปใช้สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีใด ๆ ที่สามารถบรรลุความสมดุลในระบบปิด.

ระบบปิดคืออะไร? มันคือที่ที่มีการถ่ายโอนพลังงานระหว่างเส้นขอบของมัน (ตัวอย่างเช่นลูกบาศก์) แต่ไม่ใช่ของสสาร อย่างไรก็ตามในการออกกำลังกายการเปลี่ยนแปลงในระบบมีความจำเป็นต้องเปิดมันแล้วปิดอีกครั้งเพื่อศึกษาวิธีการตอบสนองต่อการรบกวน (หรือเปลี่ยนแปลง).

เมื่อปิดแล้วระบบจะกลับสู่สภาวะสมดุลและวิธีการบรรลุเป้าหมายนั้นสามารถทำนายได้ด้วยหลักการนี้ ดุลยภาพใหม่เหมือนกับก่อนหน้านี้หรือไม่? ขึ้นอยู่กับเวลาที่ระบบถูกรบกวนจากภายนอก หากใช้เวลานานพอยอดคงเหลือใหม่จะแตกต่างกัน.

ดัชนี

  • 1 ประกอบด้วยอะไร?
  • 2 ปัจจัยที่ปรับเปลี่ยนสมดุลเคมี
    • 2.1 การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น
    • 2.2 การเปลี่ยนแปลงของแรงดันหรือปริมาตร
    • 2.3 การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
  • 3 แอปพลิเคชัน
    • 3.1 ในกระบวนการฮาเบอร์
    • 3.2 ในการทำสวน
    • 3.3 ในการก่อตัวของถ้ำ
  • 4 อ้างอิง

มันประกอบด้วยอะไร??

สมการทางเคมีต่อไปนี้สอดคล้องกับปฏิกิริยาที่มีความสมดุล:

aA + bB <=> cC + dD

ในนิพจน์นี้ a, b, c และ d คือสัมประสิทธิ์ stoichiometric เนื่องจากระบบถูกปิดไม่มีสารตั้งต้น (A และ B) หรือผลิตภัณฑ์ (C และ D) ที่รบกวนความสมดุลที่ป้อนจากด้านนอก.

แต่ความสมดุลหมายถึงอะไรกันแน่? เมื่อสิ่งนี้ถูกสร้างขึ้นความเร็วของปฏิกิริยาโดยตรง (ไปทางขวา) และย้อนกลับ (ไปทางซ้าย) จะเท่ากัน ดังนั้นความเข้มข้นของสปีชีส์ทั้งหมดจึงคงที่ตลอดเวลา.

ด้านบนสามารถเข้าใจได้ด้วยวิธีนี้: เพียงแค่ตอบสนองเพียงเล็กน้อยของ A และ B เพื่อสร้าง C และ D เหล่านี้ตอบสนองซึ่งกันและกันในเวลาเดียวกันเพื่อสร้าง A และ B ที่บริโภคใหม่และในขณะที่ระบบยังคงอยู่ในสภาวะสมดุล.

อย่างไรก็ตามเมื่อมีการรบกวนกับระบบไม่ว่าจะโดยการเพิ่ม A, ความร้อน, D หรือการลดปริมาณ - หลักการของ Le Chatelier ทำนายว่ามันจะทำงานอย่างไรเพื่อต่อต้านผลกระทบที่เกิดขึ้นแม้ว่ามันจะไม่ได้อธิบายกลไก โมเลกุลที่ช่วยให้คุณกลับสู่สมดุล.

ดังนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นสามารถรับความรู้สึกของปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่นถ้า B เป็นสารประกอบที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงจะกระทำในลักษณะที่สมดุลเคลื่อนที่ไปสู่การก่อตัว.

ปัจจัยที่ปรับเปลี่ยนสมดุลทางเคมี

เพื่อให้เข้าใจถึงหลักการของ Le Chatelier วิธีการที่ยอดเยี่ยมคือการสมมติว่าเครื่องชั่งประกอบด้วยเครื่องชั่ง.

เมื่อมองจากวิธีนี้น้ำยาจะชั่งน้ำหนักบนจานด้านซ้าย (หรือตะกร้า) และชั่งน้ำหนักผลิตภัณฑ์ทางด้านขวา จากที่นี่การทำนายการตอบสนองของระบบ (ความสมดุล) กลายเป็นเรื่องง่าย.

การเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้น

ไปยังA + bB <=> คC + dD

ลูกศรคู่ในสมการแทนค่ายอดคงเหลือและขีดล่างของจานรอง จากนั้นหากเพิ่มปริมาณ (กรัมมิลลิกรัม ฯลฯ ) ของ A ลงในระบบจะมีน้ำหนักมากขึ้นในจานด้านขวาและเครื่องชั่งจะเอียงไปทางด้านนั้น.

เป็นผลให้กระทะ C + D เพิ่มขึ้น นั่นคือมันได้รับความสำคัญต่อหน้า A + B จาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ก่อนที่จะเพิ่ม A (เท่าของ B) ความสมดุลจะย้ายผลิตภัณฑ์ C และ D ขึ้นไป.

ในแง่เคมีสมดุลก็จะเลื่อนไปทางขวา: ไปสู่การผลิต C และ D มากขึ้น.

ตรงกันข้ามเกิดขึ้นในกรณีที่ระบบมีการเพิ่มปริมาณของ C และ D: จานรองด้านซ้ายจะหนักขึ้นทำให้หนึ่งที่เหมาะสมเพิ่มขึ้น.

อีกครั้งซึ่งส่งผลให้เพิ่มความเข้มข้นของ A และ B; ดังนั้นการเปลี่ยนสมดุลไปทางซ้ายจึงถูกสร้างขึ้น (สารตั้งต้น).

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันหรือปริมาตร

ไปยังA (g) + bB (g) <=> คC (g) + dD (g)

การเปลี่ยนแปลงของความดันหรือปริมาตรที่เกิดขึ้นในระบบจะมีผลกระทบที่เด่นชัดต่อสปีชีส์ในสถานะก๊าซเท่านั้น อย่างไรก็ตามสำหรับสมการทางเคมีที่เหนือกว่าไม่มีการดัดแปลงใด ๆ เหล่านี้ที่จะปรับเปลี่ยนดุลยภาพ.

ทำไม? เพราะจำนวนโมลรวมที่เป็นก๊าซทั้งสองด้านของสมการนั้นเท่ากัน.

เครื่องชั่งจะพยายามสร้างสมดุลให้กับการเปลี่ยนแปลงแรงดัน แต่เนื่องจากปฏิกิริยาทั้งสอง (โดยตรงและกลับกัน) ผลิตก๊าซในปริมาณเท่ากันจึงไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่นสำหรับสมการเคมีต่อไปนี้ความสมดุลจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้:

ไปยังA (g) + bB (g) <=> และE (g)

ที่นี่ก่อนที่ปริมาตรที่ลดลง (หรือเพิ่มแรงดัน) ในระบบเครื่องชั่งจะยกจานที่ช่วยลดผลกระทบนี้. 

อย่างไร? การลดความดันผ่านการก่อตัวของอีนี่เป็นเพราะในขณะที่ A และ B ออกแรงดันมากกว่า E พวกมันจะตอบสนองต่อการลดความเข้มข้นและเพิ่ม E.

ในทำนองเดียวกันหลักการของ Le Chatelier ทำนายผลของการเพิ่มปริมาณ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นความสมดุลจะต้องตอบโต้ผลกระทบโดยการส่งเสริมการก่อตัวของโมลที่เป็นก๊าซมากขึ้นซึ่งจะทำให้สูญเสียความดันกลับคืน คราวนี้ขยับสมดุลไปทางซ้ายยกจาน A + B.

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

ความร้อนสามารถพิจารณาได้ทั้งปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ ดังนั้นขึ้นอยู่กับเอนทัลปีของการเกิดปฏิกิริยา (ΔHrx) ปฏิกิริยาจึงเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือความร้อน จากนั้นความร้อนจะถูกวางไว้ที่ด้านซ้ายหรือด้านขวาของสมการทางเคมี.

aA + bB + ความร้อน <=> cC + dD (ปฏิกิริยาดูดความร้อน)

aA + bB <=> cC + dD + ความร้อน (ปฏิกิริยาคายความร้อน)

ที่นี่การทำความร้อนหรือความเย็นของระบบสร้างการตอบสนองเช่นเดียวกับในกรณีของการเปลี่ยนแปลงในระดับความเข้มข้น.

ตัวอย่างเช่นหากปฏิกิริยาคายความร้อนการทำให้ระบบเย็นลงจะช่วยให้การกระจัดของสมดุลอยู่ทางซ้าย ในขณะที่ถ้าถูกทำให้ร้อนปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นโดยมีแนวโน้มไปทางขวา (A + B).

การใช้งาน

ในบรรดาแอปพลิเคชั่นที่นับไม่ถ้วนเนื่องจากปฏิกิริยาหลายอย่างเข้าสู่สมดุลเรามีดังต่อไปนี้:

ในกระบวนการของฮาเบอร์

ยังไม่มีข้อความ2(g) + 3H2(G) <=> 2NH3(g) (คายความร้อน)

สมการทางเคมีที่เหนือกว่าสอดคล้องกับการก่อตัวของแอมโมเนียซึ่งเป็นหนึ่งในสารประกอบที่ใหญ่ที่สุดที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรม.

เงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการได้รับ NH3 พวกเขาเป็นคนที่อุณหภูมิไม่สูงมากและที่ที่มีระดับความกดดันสูง (200 ถึง 1,000 atm).

ในการทำสวน

ไฮเดรนเยียสีม่วง (ภาพบนสุด) สร้างสมดุลด้วยอลูมิเนียม3+) อยู่ในดิน การปรากฏตัวของโลหะนี้กรดลูอิสนำมาซึ่งผลที่เป็นกรดของพวกเขา.

อย่างไรก็ตามในดินพื้นฐานดอกไม้ของไฮเดรนเยียเป็นสีแดงเพราะอลูมิเนียมไม่ละลายในดินดังกล่าวและพืชไม่สามารถใช้งานได้.

นักทำสวนที่มีความรู้ในหลักการของ Le Chatelier สามารถปรับเปลี่ยนสีของไฮเดรนเยียของเขาผ่านการทำให้เป็นกรดอย่างชาญฉลาดของดิน.

ในการก่อตัวของถ้ำ

ธรรมชาติยังใช้ประโยชน์จากหลักการของ Le Chatelier เพื่อครอบคลุมหลังคาถ้ำด้วยหินย้อย.

Ca2+(ac) + 2HCO3-(Aq) <=> แคลเซียมคาร์บอเนต3(s) + CO2(ac) + H2O (l)

The CaCO3 (หินปูน) ไม่ละลายในน้ำเช่นเดียวกับ CO2. ในฐานะที่เป็น บริษัท2 ความสมดุลจะเลื่อนไปทางขวา นั่นคือต่อการก่อตัวของ CaCO มากขึ้น3. สิ่งนี้ทำให้เกิดการเติบโตของจุดปลายแหลมเช่นในภาพด้านบน.

การอ้างอิง

  1. เคมีของหมอบราวน์ (2000) เคมีระดับทฤษฎีเชิงฟิสิกส์ขั้นสูง - ดุลยภาพ - การทบทวนดุลยภาพทางเคมีสมดุลส่วนที่ 3. สืบค้นเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2018 จาก: docbrown.info
  2. เจสซีเอคีย์ Equilibria Shifting: หลักการของ Le Chatelier สืบค้นเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2018 จาก: opentextbc.ca
  3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (19 พฤษภาคม 2017) คำจำกัดความหลักการของ Le Chatelier สืบค้นเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2018 จาก: thoughtco.com
  4. Binod Shrestha หลักการและการประยุกต์ใช้ของ Le-chatelier สืบค้นเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2018 จาก: chem-guide.blogspot.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้, หน้า 671-678.
  6. Advameg, Inc. (2018) Chemical Equilibrium - การใช้งานจริง สืบค้นเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2018 จาก: scienceclarified.com
  7. James St. John (12 พฤษภาคม 2559) Travertine Dripstone (Luray Caverns, Luray, Virginia, USA) 38. สืบค้นเมื่อ 6 พฤษภาคม 2018, จาก: flickr.com
  8. Stan Shebs Hydrangea macrophylla Blauer Prinz (กรกฎาคม 2548) [รูป] สืบค้นเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org