Τι είναι η Αρχή του Le Chatelier
Βασικές έννοιες
Η αρχή του Le Chatelier είναι μια από τις πιο σημαντικές έννοιες όσον αφορά τη χημική ισορροπία. Μας επιτρέπει να προβλέψουμε τη συμπεριφορά ενός συστήματος σε ισορροπία υπό διάφορες συνθήκες. Σε αυτό το σεμινάριο, θα καλύψουμε τον ορισμό της αρχής του Le Chatelier, καθώς και πώς εφαρμόζεται στις μεταβαλλόμενες συγκεντρώσεις, θερμοκρασία και πίεση.
Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα
- Πίεση αερίου
- Νόμος των μερικών πιέσεων του Dalton
- Οι χημικές αντιδράσεις έγιναν εύκολες
- Κοινό φαινόμενο ιόντων
- Ρυθμοί αντίδρασης
Επισκόπηση:Dynamic Equilibrium
Η δυναμική ισορροπία, ή χημική ισορροπία, αναφέρεται στην κατάσταση στην οποία βρίσκεται μια χημική αντίδραση όταν η μπροστινή και η αντίστροφη αντίδραση είναι σε ίσους ρυθμούς. Οι συγκεντρώσεις των προϊόντων και των αντιδρώντων παραμένουν σταθερές. Αυτό δεν σημαίνει ότι οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων πρέπει απαραίτητα να είναι ίσες, απλώς καμία συγκέντρωση δεν αλλάζει, αφού οι ρυθμοί σχηματισμού είναι ίσοι.
Η χημική ισορροπία και η δυναμική ισορροπία είναι ίδιες στις περισσότερες περιπτώσεις, αν και τεχνικά θα μπορούσατε να έχετε μια περίπτωση δυναμικής ισορροπίας όπου δεν υπάρχουν χημικές αλλαγές.
Ποια είναι η αρχή του Le Chatelier;
Η αρχή του Le Chatelier δηλώνει:εάν ένα σύστημα σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας διαταραχθεί από μια αλλαγή στις συνθήκες του, τότε η θέση της ισορροπίας θα μετατοπιστεί για να αντισταθμίσει την αλλαγή. Ας διερευνήσουμε πώς αυτό ισχύει, συγκεκριμένα, σε διαφορετικές περιπτώσεις.
Πώς εφαρμόζεται η αρχή του Le Chatelier σε συγκεκριμένες περιπτώσεις δυναμικής ισορροπίας;
Για τις επόμενες επεξηγήσεις, ας χρησιμοποιήσουμε το παράδειγμα της ακόλουθης χημικής ισορροπίας:
N2 (ζ) + 3Η2 (ζ) ⇋ 2NH3 (ζ)
Αυτή η διάσημη αντίδραση για τη σύνθεση της αμμωνίας είναι η διαδικασία Haber.
1. Αλλαγές στη συγκέντρωση
Εάν αυξήσετε τη συγκέντρωση ενός από τα αντιδρώντα, τότε η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί προς τα προϊόντα για να εξουδετερώσει το προστιθέμενο αντιδρών. Για παράδειγμα, εάν περισσότερα N2 προστίθεται στο σύστημα, θα αντιδράσει με H2 . Αυτό, με τη σειρά του, θα παράγει περισσότερη αμμωνία.
Ομοίως, εάν μειώσετε τη συγκέντρωση ενός από τα αντιδρώντα, τότε η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά. Σε αυτήν την περίπτωση, εάν N2 καταργήθηκε, περισσότερα από τα NH3 θα αποσυντεθεί στα αντιδρώντα.
Αυτή η ίδια ιδέα ισχύει για καταστάσεις όπου το προϊόν αφαιρείται από το σύστημα—η θέση ισορροπίας μετατοπίζεται προς τα δεξιά για να εξουδετερώσει την αλλαγή, παράγοντας περισσότερο από το προϊόν.
2. Αλλαγές στην πίεση
Οι αλλαγές στην πίεση ισχύουν μόνο για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αέρια—αυτό περιλαμβάνει αντιδράσεις όπου δεν είναι όλα τα αντιδρώντα αέρια.
Εάν η πίεση αυξηθεί, τότε η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί για να μειωθεί η πίεση. Θα μετατοπιστεί προς την πλευρά με λιγότερα mole αερίου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η πλευρά με λιγότερα μόρια αερίου θα έχει λιγότερα μόρια αερίου για να συγκρουστεί με τις πλευρές του δοχείου, δημιουργώντας πίεση. Ουσιαστικά, αυτή η μετατόπιση παράγει λιγότερα μόρια αερίου προκειμένου να μειωθεί η πίεση. Σε αυτό το παράδειγμα, λοιπόν, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά. Η αριστερή πλευρά (αντιδρώντα) της εξίσωσης έχει 4 γραμμομόρια αερίου και η δεξιά πλευρά (προϊόντα) έχει 2 γραμμομόρια.
Ομοίως, εάν η πίεση μειωθεί, τότε η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί για να αυξηθεί η πίεση. Θα μετατοπιστεί προς την πλευρά με περισσότερα mole αερίου. Και πάλι, αυτό γίνεται για να παραχθούν περισσότερα μόρια αερίου, τα οποία δημιουργούν μεγαλύτερη πίεση όταν συγκρούονται με τα τοιχώματα του δοχείου. Ως εκ τούτου, σε αυτό το παράδειγμα, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά.
Σημείωση:εάν υπάρχουν ίσος αριθμός mol αερίου και στις δύο πλευρές, τότε η αύξηση/μείωση της πίεσης δεν θα έχει καμία επίδραση στη θέση ισορροπίας. Ομοίως, η προσθήκη ενός αδρανούς αερίου δεν έχει καμία επίδραση στη θέση ισορροπίας. Αν και αυξάνει τη συνολική πίεση, δεν αντιδρά με τα άλλα αέρια, επομένως δεν αυξάνει τις μερικές πιέσεις τους.
Θυμηθείτε ότι η αύξηση ή η μείωση του όγκου του δοχείου ενός συστήματος επηρεάζει την πίεση. Η μεταφορά της αντίδρασης σε μικρότερο όγκο αυξάνει την πίεση και ένας μεγαλύτερος όγκος μειώνει την πίεση.
3. Αλλαγές στη θερμοκρασία
Η μπροστινή αντίδραση σε αυτή την περίπτωση είναι εξώθερμη, που σημαίνει ότι η αντίστροφη αντίδραση είναι ενδόθερμη. Αυτό είναι σημαντικό να το γνωρίζετε όταν εξετάζετε τις αλλαγές στη θερμοκρασία.
Εάν η θερμοκρασία αυξηθεί, τότε η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί για να μειωθεί η θερμοκρασία, που σημαίνει ότι θα χρειαστεί να απορροφήσει την επιπλέον θερμότητα. Έτσι, θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της ενδόθερμης αντίδρασης (καθώς μια ενδόθερμη αντίδραση απορροφά θερμότητα). Στην περίπτωση αυτή, όπως είπαμε, η οπίσθια αντίδραση είναι ενδόθερμη, επομένως η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά.
Εάν η θερμοκρασία μειωθεί, τότε η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί για να αυξηθεί η θερμοκρασία, που σημαίνει ότι θα χρειαστεί να απελευθερώσει επιπλέον θερμότητα. Έτσι, θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της εξώθερμης αντίδρασης (καθώς μια εξώθερμη αντίδραση απελευθερώνει θερμότητα). Σε αυτήν την περίπτωση, όπως είπαμε, η προς τα εμπρός αντίδραση είναι εξώθερμη, επομένως η θέση ισορροπίας θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά.
Σημείωση σχετικά με τους καταλύτες και την αρχή του Le Chatelier
Η προσθήκη ενός καταλύτη, στην πραγματικότητα, δεν έχει αντίκτυπο στη θέση ισορροπίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι καταλύτες επιταχύνουν τους ρυθμούς τόσο της μπροστινής όσο και της αντίστροφης αντίδρασης. Αυτό σημαίνει ότι οι δύο συντελεστές παραμένουν ίσοι, καθώς και οι δύο αλλάζουν κατά το ίδιο ποσό.
Παράδειγμα της αρχής του Le Chatelier:σύμπλοκα χλωριούχου κοβαλτίου
χλωριούχο κοβάλτιο (II) χρησιμοποιείται συχνά για να καταδείξει την αρχή του Le Chatelier. Ένα διάλυμα χλωριούχου κοβαλτίου είναι ροζ, αλλά εάν προστεθεί αρκετό πυκνό υδροχλωρικό οξύ, σχηματίζεται ένα μπλε σύμπλοκο.
[Συν(Η2 O)6 ](aq) (ροζ) + 4Cl(aq) → [CoCl4 ](aq) (μπλε) + 6H2 Ο(λ) + θερμός
Εάν προσθέσετε περισσότερα αντιδρώντα, το διάλυμα γίνεται πιο μπλε. Εάν προσθέσετε περισσότερα προϊόντα, η χημική ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά και το διάλυμα γίνεται ροζ. Είναι εύκολο να αποκτήσετε ένα ενδιάμεσο στάδιο που είναι βιολετί. Έτσι, προσθέτοντας περισσότερο HCl, προσθέτοντας επιτραπέζιο αλάτι ή ψύχοντας το διάλυμα, θα το κάνει πιο μπλε. Η προσθήκη νερού ή η θέρμανση του διαλύματος θα γίνει πιο ροζ.
Περαιτέρω ανάγνωση
- Πώς να υπολογίσετε τη μοριακότητα
- Κατανόηση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής
- Πώς να εξισορροπήσετε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής
