De Le Chatelier-principen beskriver svaret från ett system i jämvikt för att motverka effekterna orsakade av ett externt medel. Det formulerades 1888 av den franska kemisten Henry Louis Le Chatelier. Den appliceras på alla kemiska reaktioner som kan nå jämvikt i slutna system..
Vad är ett slutet system? Det är en där det sker överföring av energi mellan dess gränser (till exempel en kub), men inte av materia. För att utföra en förändring i systemet är det dock nödvändigt att öppna det och sedan stänga det igen för att studera hur det reagerar på störningen (eller förändringen).
När systemet är stängt återgår det till jämvikt och dess sätt att uppnå detta kan förutsägas tack vare denna princip. Är den nya jämvikten densamma som den gamla? Det beror på vilken tid systemet utsätts för yttre störningar; om den håller tillräckligt länge är den nya jämvikten annorlunda.
Artikelindex
Följande kemiska ekvation motsvarar en reaktion som har nått jämvikt:
aA + bB <=> cC + dD
I detta uttryck är a, b, c och d de stökiometriska koefficienterna. Eftersom systemet är stängt kommer inga reaktanter (A och B) eller produkter (C och D) in från utsidan som stör jämvikten.
Men vad betyder balans exakt? När detta är inställt utjämnar hastigheterna för framåt (medurs) och bakåt (moturs) reaktionen. Följaktligen förblir koncentrationerna av alla arter konstanta över tiden..
Ovanstående kan förstås på detta sätt: så snart lite A och B reagerar för att producera C och D, reagerar de med varandra samtidigt för att regenerera A och B som konsumeras, och så vidare medan systemet förblir i jämvikt ..
Men när en störning tillämpas på systemet - oavsett om man tillsätter A, värme, D eller genom att minska volymen - förutsäger Le Chateliers princip hur den kommer att bete sig för att motverka de orsakade effekterna, även om det inte förklarar mekanismen molekylär som gör att den kan återgå till jämvikt.
Beroende på de ändringar som gjorts kan känslan av en reaktion därför gynnas. Till exempel, om B är den önskade föreningen, utövas en förändring så att jämvikten förskjuts till dess bildning.
För att förstå Le Chateliers princip är en utmärkt approximation att anta att jämvikt består av en balans..
Sett från detta tillvägagångssätt vägs reagenserna på vänster kastrull (eller korg) och produkterna vägs på höger kastrull. Härifrån blir förutsägelsen av systemets respons (balansen) lätt.
tillA + bB <=> cC + dD
Den dubbla pilen i ekvationen representerar balansen och de understrukna pannorna. Så om en mängd (gram, milligram etc.) läggs till i systemet kommer det att läggas mer vikt på rätt panna och balansen lutar till den sidan..
Som ett resultat stiger C + D-tefatet; det vill säga den blir viktigare än maträtt A + B. Med andra ord: före tillsats av A (från och med B) flyttar balansen produkterna C och D uppåt.
I kemiska termer slutar jämvikten att flyttas åt höger: mot produktion av mer C och D.
Det motsatta inträffar om mängder av C och D läggs till systemet: den vänstra panen blir tyngre, vilket får den högra panelen att lyftas..
Återigen resulterar detta i en ökning av koncentrationerna av A och B; därför alstras en jämviktsförskjutning åt vänster (reaktanterna).
tillA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)
De tryck- eller volymförändringar som orsakas i systemet har bara anmärkningsvärda effekter på arter i gasform. För den högre kemiska ekvationen skulle emellertid ingen av dessa förändringar ändra jämvikten.
Varför? Eftersom antalet totala gasformiga mol på båda sidor av ekvationen är densamma.
Balansen försöker balansera tryckförändringarna, men eftersom båda reaktionerna (direkta och inversa) ger samma mängd gas förblir den oförändrad. Till exempel, för följande kemiska ekvation svarar balansen på dessa förändringar:
tillA (g) + bB (g) <=> ochT.ex)
Här, i händelse av en minskning av volymen (eller trycket ökar) i systemet, kommer balansen att höja pannan för att minska denna effekt..
Hur? Minska trycket genom bildandet av E. Detta beror på att eftersom A och B utövar mer tryck än E, reagerar de för att minska sina koncentrationer och öka koncentrationen av E.
På samma sätt förutsäger Le Chatelier-principen effekten av att öka volymen. När detta inträffar måste balansen motverka effekten genom att främja bildandet av mer gasformiga mol som återställer tryckförlusten; den här gången flyttar du balansen åt vänster och lyfter pannan A + B.
Värme kan betraktas som både reaktiv och produkt. Beroende på reaktionens entalpi (AHrx) är reaktionen därför antingen exoterm eller endoterm. Därefter placeras värmen på vänster eller höger sida av den kemiska ekvationen.
aA + bB + värme <=> cC + dD (endoterm reaktion)
aA + bB <=> cC + dD + värme (exoterm reaktion)
Här genererar uppvärmning eller kylning av systemet samma svar som vid koncentrationsförändringar..
Om reaktionen till exempel är exoterm, gynnar kylningen förskjutningen av jämvikt till vänster; medan den upphettas fortsätter reaktionen med en större tendens till höger (A + B).
Bland dess otaliga tillämpningar, eftersom många reaktioner når jämvikt, finns det följande:
Ntvå(g) + 3Htvå(g) <=> 2NH3(g) (exoterm)
Den övre kemiska ekvationen motsvarar bildandet av ammoniak, en av de viktigaste föreningarna som produceras i industriell skala..
Här är de perfekta förutsättningarna för att få NH3 är de där temperaturen inte är särskilt hög och på samma sätt där det finns höga nivåer av tryck (200 till 1000 atm).
Lila hortensior (toppbild) balanserar med aluminium (Al3+) finns i jord. Närvaron av denna metall, Lewis-syra, resulterar i deras försurning.
I grundjordar är dock hortensiablommor röda, eftersom aluminium är olösligt i dessa jordar och inte kan användas av växten..
En trädgårdsmästare som är bekant med Le Chatelier-principen kan ändra färgen på sina hortensior genom att sura marken på ett smart sätt.
Naturen utnyttjar också Le Chatelier-principen för att täcka kavernösa tak med stalaktiter.
ACtvå+(ac) + 2HCO3-(ac) <=> Tjuv3(s) + COtvå(ac) + HtvåO (l)
CaCO3 (kalksten) är olösligt i vatten, liksom COtvå. Som COtvå flyr, balansen förskjuts till höger; det vill säga mot bildandet av mer CaCO3. Detta orsakar tillväxten av de spetsiga ytorna, som de i bilden ovan..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.