Det prinsipp av Le Chatelier beskriver responsen til et system i likevekt for å motvirke effektene forårsaket av en ytre faktor. Det ble formulert i 1888 av den franske kjemikeren Henry Louis Le Chatelier. Den brukes på enhver kjemisk reaksjon som er i stand til å oppnå likevekt i lukkede systemer.

Hva er et lukket system? Det er en der det er overføring av energi mellom grensene (for eksempel en kube), men ikke av materie. For å utføre en endring i systemet er det imidlertid nødvendig å åpne det, og deretter lukke det igjen for å studere hvordan det reagerer på forstyrrelsen (eller endringen).

Henry Louis Le Chatelier

Når det er lukket, vil systemet komme tilbake til likevekt, og dens måte å oppnå dette på kan forutses takket være dette prinsippet. Er den nye likevekten den samme som den gamle? Det avhenger av tiden systemet blir utsatt for ekstern forstyrrelse; hvis den varer lenge nok, er den nye likevekten annerledes.

Hva består den 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 reaktanter (A og B) eller produkter (C og D) utenfra som forstyrrer likevekten.

Men hva betyr egentlig balanse? Når dette er innstilt, tilsvarer hastighetene for fremover (til høyre) og bakover (til venstre) reaksjon. Følgelig forblir konsentrasjonen av alle arter konstant over tid.

Ovennevnte kan forstås på denne måten: så snart litt A og B reagerer på å produsere C og D, reagerer de med hverandre på samme tid for å regenerere forbrukt A og B, og så videre, så lenge systemet forblir i likevekt.

Imidlertid, når en forstyrrelse blir brukt på systemet - ved å legge til A, varme, D eller ved å redusere volumet, spår Le Chateliers prinsipp hvordan det vil oppføre seg for å motvirke effektene som er forårsaket, selv om det ikke forklarer mekanismen molekylær ved å la den gå tilbake til likevekt.

Avhengig av endringene, kan følelsen av en reaksjon favoriseres. For eksempel, hvis B er den ønskede forbindelse, utøves en endring slik at likevekten forskyves til dens dannelse.

Faktorer som endrer den kjemiske balansen

For å forstå Le Chateliers prinsipp er en utmerket tilnærming å anta at likevekt består av en skala.

Sett fra denne tilnærmingen veies reagensene på venstre panne (eller kurv), og produktene veies på høyre panne. Herfra blir prediksjonen av responsen til systemet (balansen) lett.

Endringer i konsentrasjon

aA + bB <=> cC + dD

Den doble pilen i ligningen representerer stammen av balansen og de understreket pannene. Så hvis en mengde (gram, milligram osv.) Tilføres systemet, vil det være mer vekt på høyre panne og balansen vil vippe til den siden.

Som et resultat stiger C + D-tallerkenen; med andre ord, det får betydning sammenlignet med rett A + B. Med andre ord: med tilsetning av A (som med B) forskyver balansen produktene C og D oppover.

Kjemisk sett endrer likevekten opp til høyre: mot produksjon av mer C og D.

Det motsatte skjer i tilfelle at mengder C og D tilføres systemet: venstre panne blir tyngre, og får høyre panne til å løfte seg.

Igjen resulterer dette i en økning i konsentrasjonene av A og B; derfor genereres et likevektsskifte til venstre (reaktantene).

Endringer i trykk eller volum

aA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)

Endringer i trykk eller volum forårsaket i systemet har bare merkbare effekter på arter i gassform. Imidlertid vil ingen av disse endringene for den høyere kjemiske ligningen endre likevekten.

Hvorfor? Fordi antall total mol bensin på begge sider av ligningen er det samme.

Balansen vil søke å balansere trykkendringene, men siden begge reaksjoner (direkte og invers) produserer den samme mengden gass, forblir den uendret. For følgende kjemiske ligning svarer for eksempel balansen på disse endringene:

aA (g) + bB (g) <=> eE (g)

Her, i møte med en reduksjon i volum (eller trykkøkning) i systemet, vil balansen heve kjelen for å redusere denne effekten.

Hvordan? Å redusere trykket gjennom dannelse av E. Dette skyldes at når A og B utøver mer trykk enn E, reagerer de for å redusere konsentrasjonene og øke E.

På samme måte spår Le Chatelier-prinsippet effekten av å øke volumet. Når dette skjer, må balansen da motvirke effekten ved å fremme dannelsen av mer gassformige føflekker som gjenoppretter tapet av trykk; denne gangen, flytte balansen til venstre, løfte panne A + B.

Temperaturendringer

Varme kan betraktes som både reaktiv og produkt. Avhengig av reaksjonens entalpi (rHrx) er reaksjonen derfor eksoterm eller endotermisk. Deretter plasseres varmen på venstre eller høyre side av den kjemiske ligningen.

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 avkjøling av systemet forskyvningen av likevekt til venstre; mens den oppvarmes, fortsetter reaksjonen med en større tendens til høyre (A + B).

applikasjoner

Blant dens utallige bruksområder, gitt at mange reaksjoner når likevekt, er det følgende:

I prosessen med Haber

N ₂ (g) + 3H ₂ (g) <=> 2NH ₃ (g) (eksotermisk)

Den øvre kjemiske ligningen tilsvarer dannelsen av ammoniakk, en av de viktigste forbindelsene produsert i industriell skala.

Her er de ideelle forhold for å oppnå NH ₃ er de hvor temperaturen er ikke særlig høy, og likeledes hvor det er meget høyt trykk (200 til 1000 atm).

I hagearbeid

De lilla hortensiaene (toppbildet) skaper en balanse med aluminiumet (Al ³⁺ ) til stede i jordene. Tilstedeværelsen av dette metallet, Lewis-syre, resulterer i forsuring av dem.

Imidlertid er blomstene i hortensiaene i grunnjord røde, fordi aluminium er uoppløselig i disse jordsmonnene og ikke kan brukes av planten.

En gartner som er kjent med Le Chatelier-prinsippet, kunne endre fargen på hortensiaene ved å forsurte jorda.

I dannelsen av huler