Le Chateliers prinsipp: I hva den består av og applikasjoner
Prinsippet av Le Chatelier beskriver responsen til et balansert system for å motvirke effektene forårsaket av en ekstern agent. Den ble formulert i 1888 av den franske kjemikeren Henry Louis Le Chatelier. Det påføres for enhver kjemisk reaksjon som er i stand til å oppnå likevekt i lukkede systemer.
Hva er et lukket system? Det er hvor det er overføring av energi mellom grensene (for eksempel en terning), men ikke av saken. Men for å utøve en endring i systemet er det nødvendig å åpne det, og lukk det igjen for å studere hvordan det reagerer på forstyrrelsen (eller endringen).
Når systemet er lukket, kommer systemet tilbake til likevekt, og måten å oppnå det på, kan forutses takket være dette prinsippet. Er den nye likevekten den samme som den forrige? Det avhenger av tiden systemet er utsatt for ekstern forstyrrelse; Hvis det varer lenge nok, er den nye balansen forskjellig.
Hva består det av?
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 reagenser (A og B) eller produkter (C og D) som forstyrrer likevekten inn fra utsiden.
Men hva betyr nettopp balanse? Når dette er oppnådd, utlignes hastigheten til den direkte reaksjonen (til høyre) og omvendt (til venstre). Derfor forblir konsentrasjonene av alle arter konstant over tid.
Ovennevnte kan forstås på denne måten: Gjør bare reagere litt A og B for å produsere C og D, de reagerer med hverandre samtidig for å regenerere A og B forbruket, og så videre mens systemet forblir i likevekt.
Men når en forstyrrelse påføres systemet - enten ved tilsetning av A, varme, D eller volumreduksjon - Le Chateliers prinsipp, spårer hvordan det vil oppføre seg for å motvirke de forårsakede effektene, selv om det ikke forklarer mekanismen molekylær som gjør at du kan komme tilbake til balanse.
Således, avhengig av endrede endringer, kan følelsen av en reaksjon bli favorisert. For eksempel, hvis B er den ønskede forbindelse, utføres en forandring på en slik måte at likevekten beveger seg til dens dannelse.
Faktorer som endrer kjemisk balanse
For å forstå prinsippet om Le Chatelier er en utmerket tilnærming å anta at balansen består av en balanse.
Sett fra denne tilnærmingen veies reagensene til venstre (eller kurv) -platen og produktene veies til høyre. Herfra blir prediksjonen av systemets respons (balansen) lett.
Endringer i konsentrasjon
aA + bB cC + dD
Den dobbelte pilen i ligningen representerer balansen og understreket underfatene. Så, hvis en mengde (gram, milligram, etc.) av A er lagt til systemet, vil det være mer vekt i riktig rett og skalen skal vippe til den siden.
Som et resultat stiger C + D-pannen; det vil si, det får betydning for A + B-parabolen. Med andre ord: før tillegg av A (fra B) flytter balansen produkter C og D oppover.
I kjemiske termer slutter likevekten til høyre: mot produksjon av mer C og D.
Det motsatte skjer i tilfelle at systemet legges til mengder av C og D: venstre tallerken blir tyngre, noe som får den rette til å stige.
Igjen resulterer dette i en økning i konsentrasjonene av A og B; Derfor genereres en balanseforskyvning til venstre (reagenser).
Endringer i trykk eller volum
aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g)
Endringer i trykk eller volum forårsaket i systemet har bare bemerkelsesverdige effekter på arter i gassform. For den overlegne kjemiske ligningen vil imidlertid ingen av disse endringene endre likevekten.
Hvorfor? Fordi mengden gassformige totale mol på begge sider av ligningen er den samme.
Balansen vil forsøke å balansere trykkendringene, men siden begge reaksjonene (direkte og omvendte) produserer samme mengde gass, forblir det uendret. For eksempel, for følgende kjemiske ligning, svarer saldoen på disse endringene:
aA (g) + bB (g) eE (g)
Her, før en reduksjon i volumet (eller økt trykk) i systemet, vil balansen øke platen for å redusere denne effekten.
Hvordan? Redusere trykket, gjennom dannelsen av E. Dette skyldes at siden A og B utøver mer press enn E, reagerer de på å senke konsentrasjonene og øke E.
På samme måte spår prinsippet om Le Chatelier effekten av volumøkning. Når dette skjer, må balansen da motvirke effekten ved å fremme dannelsen av flere gassformige mol som gjenoppretter tapet av trykk; Denne gangen skifter balansen til venstre, og hev platen A + B.
Temperaturendringer
Varmen kan betraktes som både reaktivt og produkt. Derfor er reaksjonen, avhengig av reaksjonsenthalpien (ΔHrx) eksoterm eller endoterm. Deretter plasseres varmen på venstre eller høyre side av kjemisk ligning.
aA + bB + varme cC + dD (endoterm reaksjon)
aA + bB cC + dD + varme (eksoterm reaksjon)
Her genererer oppvarming eller kjøling av systemet de samme svarene som ved endringer i konsentrasjoner.
For eksempel, hvis reaksjonen er eksoterm, favoriserer kjølingen systemet forflytningen av likevekt til venstre; mens om det blir oppvarmet, fortsetter reaksjonen med en større tendens mot høyre (A + B).
søknader
Blant de utallige bruksområdene, ettersom mange reaksjoner når likevekt, har vi følgende:
I prosessen med Haber
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) (eksoterm)
Den overlegne kjemiske ligningen tilsvarer dannelsen av ammoniakk, en av de viktigste forbindelser produsert ved industrielle skalaer.
Her er de ideelle forholdene for å oppnå NH 3 de som temperaturen ikke er veldig høy, og også hvor det er høye trykknivåer (200 til 1000 atm).
I hagearbeid
De lilla hortensiaene (toppbildet) oppretter en balanse med aluminium (Al3 +) tilstede i jorda. Tilstedeværelsen av dette metallet, Lewis-syre, resulterer i surgjøring.
Men i grunnleggende jord er blomstene av hortensiaene røde, fordi aluminium er uoppløselig i jordene og kan ikke brukes av planten.
En gartner som kjenner prinsippet om Le Chatelier, kan endre fargen på hortensiaene gjennom den intelligente forsuring av jord.
I dannelsen av huler
Naturen utnytter også prinsippet om Le Chatelier for å dekke de cavernøse takene med stalaktitter.
Ca2 + (aq) + 2HCO3 - (aq) CaCO3 (s) + CO2 (ac) + H20 (l)
CaCO 3 (kalkstein) er uoppløselig i vann, som det er CO 2 . Når CO 2 rømmer, skifter balansen til høyre; det vil si mot dannelsen av mer CaCO3. Dette forårsaker veksten av de spisse ferdigstillingene, som de i det øvre bildet.
