Le Chatelierin periaate, mitä sisältää ja sovellukset



Le Chatelierin periaate kuvataan tasapainossa olevan järjestelmän vaste ulkoisen aineen aiheuttamien vaikutusten torjumiseksi. Sen muotoilivat vuonna 1888 ranskalainen kemisti Henry Louis Le Chatelier. Sitä käytetään kaikissa kemiallisissa reaktioissa, jotka pystyvät saavuttamaan tasapainon suljetuissa järjestelmissä.

Mikä on suljettu järjestelmä? Juuri siellä on energiansiirto rajojensa (esimerkiksi kuutio) välillä, mutta ei ainetta. Järjestelmän muuttamiseksi on kuitenkin tarpeen avata se ja sulkea se uudelleen selvittääkseen, miten se reagoi häiriöön (tai muutokseen)..

Kun järjestelmä on suljettu, järjestelmä palaa tasapainoon ja sen tapa saavuttaa se voidaan ennustaa tämän periaatteen ansiosta. Onko uusi tasapaino sama kuin edellinen? Se riippuu ajasta, johon järjestelmään kohdistuu ulkoisia häiriöitä; jos se kestää tarpeeksi kauan, uusi tasapaino on erilainen.

indeksi

  • 1 Mitä se koostuu??
  • 2 Tekijät, jotka muuttavat kemiallista tasapainoa
    • 2.1 Keskittymän muutokset
    • 2.2 Paineen tai tilavuuden muutokset
    • 2.3 Lämpötilan muutokset
  • 3 Sovellukset
    • 3.1 Haber-prosessissa
    • 3.2 Puutarhanhoito
    • 3.3 Luolien muodostamisessa
  • 4 Viitteet

Mitä se koostuu??

Seuraava kemiallinen yhtälö vastaa reaktiota, joka on saavuttanut tasapainon:

aA + bB <=> cC + dD

Tässä ilmaisussa a, b, c ja d ovat stökiometriset kertoimet. Koska järjestelmä on suljettu, ulkopuolelta ei tule mitään tasapainoa aiheuttavia reagensseja (A ja B) tai tuotteita (C ja D).

Mutta mitä tarkalleen tarkoittaa tasapaino? Kun tämä on määritetty, suoran reaktion nopeudet (oikealle) ja taaksepäin (vasemmalle) tasoitetaan. Siksi kaikkien lajien pitoisuudet pysyvät muuttumattomina ajan kuluessa.

Yllä oleva voidaan ymmärtää tällä tavalla: reagoi vain vähän A: ta ja B: tä tuottamaan C: tä ja D: tä, nämä reagoivat toistensa kanssa samanaikaisesti regeneroimaan kulutetut A- ja B-ja niin edelleen, kun järjestelmä pysyy tasapainossa.

Kuitenkin, kun järjestelmään kohdistetaan häiriöitä - onko lisäämällä A, lämpöä, D: tä tai äänenvoimakkuuden pienennystä, Le Chatelierin periaate ennustaa, miten se käyttäytyy, jotta voidaan torjua aiheutuneet vaikutukset, vaikka se ei selitä mekanismia molekyyli, jonka avulla voit palata tasapainoon.

Siten riippuen tehdyistä muutoksista reaktion tunnetta voidaan suosia. Jos esimerkiksi B on haluttu yhdiste, muutos tapahtuu siten, että tasapaino siirtyy sen muodostumiseen.

Kemiallista tasapainoa muuttavat tekijät

Le Chatelierin periaatteen ymmärtämiseksi erinomainen lähestymistapa on olettaa, että saldo koostuu tasapainosta.

Tästä lähestymistavasta katsottuna reagenssit punnitaan vasemman (tai korin) levylle ja tuotteet punnitaan oikealla. Tästä lähtien järjestelmän vasteen (tasapaino) ennustaminen on helppoa.

Keskittymän muutokset

ettäA + bB <=> CC + dD

Yhtälössä oleva kaksoissuoli edustaa tasapainon varsia ja alaviivaa lautaset. Sitten, jos järjestelmään lisätään A: n määrä (grammaa, milligrammaa jne.), Oikeassa astiassa on enemmän painoa ja asteikko kallistuu kohti tätä sivua.

Tämän tuloksena C + D-panos nousee; se tarkoittaa, että se saa merkityksen A + B-astian eteen. Toisin sanoen: ennen A: n lisäämistä (kuten B: stä) tasapaino siirtää tuotteita C ja D ylöspäin.

Kemiallisesti tasapaino siirtyy oikealle: kohti C: n ja D: n tuottamista.

Päinvastoin tapahtuu siinä tapauksessa, että järjestelmään lisätään C- ja D-määriä: vasen lautanen tulee raskaammaksi, mikä aiheuttaa oikean nousun.

Jälleen tämä johtaa A: n ja B: n pitoisuuksien kasvuun; sen vuoksi syntyy tasapainon muutos vasemmalle (reagoivat aineet).

Paineen tai tilavuuden muutokset

ettäA (g) + bB (g) <=> CC (g) + dD (g)

Järjestelmässä aiheutuneissa paine- tai tilavuusmuutoksissa on vain merkittäviä vaikutuksia lajeihin kaasumaisessa tilassa. Ylimmän kemiallisen yhtälön osalta yksikään näistä muutoksista ei kuitenkaan muuttaisi tasapainoa.

Miksi? Koska yhtälön molemmilla puolilla olevien kaasumaisia ​​kokonaismooleja on sama.

Tasapaino pyrkii tasapainottamaan paineen muutoksia, mutta koska molemmat reaktiot (suora ja käänteinen) tuottavat saman määrän kaasua, se pysyy muuttumattomana. Esimerkiksi seuraavan kemiallisen yhtälön osalta tasapaino vastaa näitä muutoksia:

ettäA (g) + bB (g) <=> jaE (g)

Tällöin ennen järjestelmän tilavuuden pienenemistä (tai paineen nousua) skaala nostaa levyä, joka mahdollistaa tämän vaikutuksen pienentämisen. 

Miten? Paineen alentaminen E.: n muodostumisen kautta. Tämä johtuu siitä, että kun A: lla ja B: llä on enemmän painetta kuin E, ne reagoivat alentamaan niiden pitoisuuksia ja lisäävät E-arvoa..

Samoin Le Chatelierin periaate ennustaa volyymikasvun vaikutusta. Tällöin tasapainon on vastattava vaikutusta edistämällä enemmän kaasumaisia ​​moleja, jotka palauttavat paineen häviämisen; tällä kertaa siirtämällä tasapaino vasemmalle, nostamalla lautanen A + B.

Lämpötilan muutokset

Lämpöä voidaan pitää sekä reaktiivisena että tuotteena. Siksi reaktion entalpiasta (AHrx) riippuen reaktio on eksoterminen tai endoterminen. Sitten lämpö sijoitetaan kemiallisen yhtälön vasemmalle tai oikealle puolelle.

aA + bB + lämpö <=> cC + dD (endoterminen reaktio)

aA + bB <=> cC + dD + lämpö (eksoterminen reaktio)

Tässä järjestelmän lämmitys tai jäähdytys muodostaa samat vasteet kuin konsentraatioiden muutoksissa.

Esimerkiksi, jos reaktio on eksoterminen, järjestelmän jäähdyttäminen suosii tasapainon siirtymistä vasemmalle; jos se kuumennetaan, reaktio etenee suuremmalla taipumuksella oikealle (A + B).

sovellukset

Lukemattomien sovellusten joukossa, koska monet reaktiot saavuttavat tasapainon, meillä on seuraavat:

Haberin prosessissa

N2(g) + 3H2(G) <=> 2NH3(g) (eksoterminen)

Ylivoimainen kemiallinen yhtälö vastaa ammoniakin muodostumista, joka on yksi suurimmista teollisuuskaaleissa tuotetuista yhdisteistä.

Tässä ihanteelliset olosuhteet NH: n saamiseksi3 ne ovat sellaisia, joissa lämpötila ei ole kovin korkea, ja myös silloin, kun paine on korkea (200–1000 atm).

Puutarhassa

Purple hydrangeas (ylhäältä kuva) luo tasapainon alumiiniin (Al3+) maaperässä. Tämän metallin, Lewisin hapon, läsnäolo johtaa niiden happamoitumiseen.

Perusmaissa maaperän kukkia ovat punaiset, koska alumiini on liukenematon mainittuihin maaperiin eikä laitos voi käyttää sitä.

Puutarhuri, joka tuntee Le Chatelierin periaatteen, voisi muuttaa hortensiensa väriä maaperän älykäs happamoituminen.

Luolien muodostuksessa

Luonto hyödyntää myös Le Chatelierin periaatetta peittelevien kattojen kattamiseksi.

ca2+(ac) + 2HCO3-(Aq) <=> CaCO3(s) + CO2(ac) + H2O (l)

CaCO3 (kalkkikivi) on veteen liukenematon sekä CO2. CO: na2 pakenee, tasapaino siirtyy oikealle; toisin sanoen kohti enemmän CaCO: ta3. Tämä aiheuttaa näiden terävien pintojen, kuten ylemmän kuvan, kasvun.

viittaukset

  1. Doc Brownin kemia. (2000). Teoreettinen-fyysinen edistyneen tason kemia - tasapaino - kemiallinen tasapaino Versio-ohjeet OSA 3. Haettu 6. toukokuuta 2018 alkaen: docbrown.info
  2. Jessie A. Key. Tasapaino Vaihtaminen: Le Chatelierin periaate. Haettu 6. toukokuuta 2018 alkaen: opentextbc.ca
  3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (19. toukokuuta 2017). Le Chatelierin periaatteen määritelmä. Haettu 6. toukokuuta 2018 osoitteesta thinkco.com
  4. Binod Shrestha. Le-chatelierin periaate ja sen soveltaminen. Haettu 6. toukokuuta 2018 osoitteesta: chem-guide.blogspot.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 671-678.
  6. Advameg, Inc. (2018). Kemiallinen tasapaino - tosielämän sovellukset. Haettu 6. toukokuuta 2018 alkaen: scienceclarified.com
  7. James St. John. (12. toukokuuta 2016). Travertiini Dripstone (Luray Caverns, Luray, Virginia, USA) 38. Haettu 6. toukokuuta 2018 alkaen: flickr.com
  8. Stan Shebs. Hydrangea macrophylla Blauer Prinz. (Heinäkuu 2005). [Kuva]. Haettu 6. toukokuuta 2018 alkaen: commons.wikimedia.org