Den Princippet om Le Chatelier beskriver reaktion af et system i ligevægt at modvirke virkningerne forårsaget af en ydre middel. Det blev formuleret i 1888 af den franske kemiker Henry Louis Le Chatelier. Det anvendes til enhver kemisk reaktion, der er i stand til at nå ligevægt i lukkede systemer.

Hvad er et lukket system? Det er en, hvor der er overførsel af energi mellem dets grænser (for eksempel en terning), men ikke af materie. For at udføre en ændring i systemet er det imidlertid nødvendigt at åbne det og derefter lukke det igen for at undersøge, hvordan det reagerer på forstyrrelsen (eller ændringen).

Henry Louis Le Chatelier

Når systemet er lukket, vender systemet tilbage til ligevægt, og dets måde at opnå dette kan forudsiges takket være dette princip. Er den nye ligevægt den samme som den gamle? Det afhænger af det tidspunkt, hvor systemet udsættes for ekstern forstyrrelse; hvis det varer længe nok, er den nye ligevægt anderledes.

Hvad består det af?

Følgende kemiske ligning svarer til en reaktion, der har nået ligevægt:

aA + bB <=> cC + dD

I dette udtryk er a, b, c og d de støkiometriske koefficienter. Da systemet er lukket, kommer der ingen reaktanter (A og B) eller produkter (C og D) udefra, der forstyrrer ligevægten.

Men hvad betyder egentlig balance? Når dette er indstillet, er hastighederne for fremad (til højre) og bagud (til venstre) reaktion ens. Følgelig forbliver koncentrationen af ​​alle arter konstant over tid.

Ovenstående kan forstås på denne måde: så snart lidt A og B reagerer på at producere C og D, reagerer de med hinanden på samme tid for at regenerere den forbrugte A og B, og så videre, mens systemet forbliver i ligevægt.

Når en forstyrrelse anvendes på systemet - ved at tilføje A, varme, D eller ved at reducere lydstyrken - forudsiger Le Chateliers princip imidlertid, hvordan det vil opføre sig for at modvirke de forårsagede effekter, skønt det ikke forklarer mekanismen molekylær ved at lade den vende tilbage til ligevægt.

Afhængig af de foretagne ændringer kan følelsen af ​​en reaktion således favoriseres. For eksempel, hvis B er den ønskede forbindelse, udøves en ændring, således at ligevægten skifter til dens dannelse.

Faktorer, der ændrer den kemiske balance

For at forstå Le Chateliers princip er en fremragende tilnærmelse at antage, at ligevægt består af en skala.

Set fra denne fremgangsmåde vejes reagenserne på venstre pande (eller kurv), og produkterne vejes på højre pande. Herefter bliver forudsigelsen af ​​systemets respons (balancen) let.

Ændringer i koncentration

aA + bB <=> cC + dD

Den dobbelte pil i ligningen repræsenterer balancestammen og de understregede pander. Så hvis en mængde (gram, milligram osv.) Tilføjes til systemet, vil der være mere vægt på den rigtige skål, og balancen vil vippe på den måde.

Som et resultat stiger C + D-tallerkenen; med andre ord får den betydning sammenlignet med parabol A + B. Med andre ord: med tilføjelsen af ​​A (som med B) forskydes balancen produkterne C og D opad.

Kemisk set ender ligevægten med at skifte til højre: mod produktion af mere C og D.

Det modsatte sker, hvis der tilføjes mængder C og D til systemet: venstre pande bliver tungere, hvilket får den højre pan til at løfte.

Igen resulterer dette i en stigning i koncentrationerne af A og B; derfor genereres et ligevægtskifte til venstre (reaktanterne).

Ændringer i tryk eller volumen

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

Ændringer i tryk eller volumen forårsaget i systemet har kun bemærkelsesværdige effekter på arter i gasform. For den højere kemiske ligning ville ingen af ​​disse ændringer dog ændre ligevægten.

Hvorfor? Fordi antallet af samlede mol gas på begge sider af ligningen er det samme.

Balancen vil søge at afbalancere trykændringerne, men da begge reaktioner (direkte og invers) producerer den samme mængde gas, forbliver den uændret. F.eks. Reagerer balancen for følgende kemiske ligning på disse ændringer:

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

I lyset af et fald i volumen (eller stigning i tryk) i systemet hæver balancen gryden for at reducere denne effekt.

Hvordan? Sænkning af trykket gennem dannelse af E. Dette skyldes, at når A og B udøver mere tryk end E, reagerer de for at reducere deres koncentrationer og øge E. koncentrationen.

Ligeledes forudsiger Le Chatelier-princippet effekten af ​​stigende volumen. Når dette sker, skal balancen derefter modvirke effekten ved at fremme dannelsen af ​​mere gasformige mol, der genopretter tabet af tryk; denne gang, flytte balancen til venstre, løft rude A + B.

Temperaturændringer

Varme kan betragtes som både reaktiv og produkt. Afhængig af reaktionens entalpi (ΔHrx) er reaktionen derfor eksoterm eller endoterm. Derefter placeres varmen på venstre eller højre side af den kemiske ligning.

aA + bB + varme <=> cC + dD (endotermisk reaktion)

aA + bB <=> cC + dD + varme (eksoterm reaktion)

Her genererer opvarmning eller afkøling af systemet de samme reaktioner som i tilfælde af ændringer i koncentrationer.

For eksempel, hvis reaktionen er eksoterm, favoriserer afkøling af systemet forskydningen af ​​ligevægt til venstre; mens hvis den opvarmes, fortsætter reaktionen med en større tendens til højre (A + B).

Applikationer

Blandt dens utallige anvendelser, i betragtning af at mange reaktioner når ligevægt, er der følgende:

I processen med Haber

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

Den øverste kemiske ligning svarer til dannelsen af ​​ammoniak, en af ​​de vigtigste forbindelser produceret i industriel skala.

Her, de ideelle betingelser for opnåelse NH ₃ er dem, hvori temperaturen er ikke særlig høj, og ligeledes hvor der er høje niveauer af tryk (200 til 1000 atm).

I havearbejde

De lilla hortensiaer (øverste billede) skaber en balance med aluminiumet (Al ³⁺), der er til stede i jordbunden. Tilstedeværelsen af ​​dette metal, Lewis-syre, resulterer i deres forsuring.

I basiske jordarter er blomsterne af hortensiaer dog røde, fordi aluminium er uopløseligt i disse jordarter og ikke kan bruges af planten.

En gartner, der kender Le Chatelier-princippet, kunne ændre farven på hans hortensiaer ved smart at forsure jorden.

I dannelsen af ​​huler