העיקרון של Le Chatelier במה מורכב ויישומים



ה עקרון לה שטלייה מתאר את התגובה של מערכת שיווי משקל כדי לנטרל את ההשפעות שנגרמו על ידי סוכן חיצוני. הוא נוסח בשנת 1888 על ידי הכימאי הצרפתי הנרי לואי לה שאטלייה. הוא מוחל על כל תגובה כימית המסוגלת להשיג שיווי משקל במערכות סגורות.

מהי מערכת סגורה? זה המקום שבו יש העברת אנרגיה בין גבולותיה (למשל, קובייה), אבל לא של חומר. עם זאת, כדי לממש שינוי במערכת יש צורך לפתוח אותה, ולאחר מכן לסגור אותה שוב כדי ללמוד כיצד היא מגיבה על ההפרעה (או שינוי).

לאחר סגירת המערכת, המערכת תשוב לשיווי משקל, ודרכה להשגתה ניתנת לחיזוי הודות לעקרון זה. האם שיווי המשקל החדש זהה לזו הקודמת? זה תלוי בזמן שבו המערכת נתונה להפרעה חיצונית; אם זה נמשך זמן רב מספיק, האיזון החדש הוא שונה.

אינדקס

  • 1 מה זה מורכב??
  • 2 גורמים המשנים את שיווי המשקל הכימי
    • 2.1 שינויים בריכוזיות
    • 2.2 שינויים בלחץ או בנפח
    • 2.3 שינויי טמפרטורה
  • 3 יישומים
    • 3.1 בתהליך הבר
    • 3.2 בגינון
    • 3.3 ביצירת מערות
  • 4 הפניות

מה זה מורכב??

המשוואה הכימית הבאה מתאימה לתגובה שהגיעה לשיווי משקל:

a + bB <=> cC + dD

בביטוי זה a, b, c ו- d הם מקדמים stoichiometric. מכיוון שהמערכת סגורה, אין מגיבים (A ו- B) או מוצרים (C ו- D) המפריעים לאיזון להיכנס מבחוץ.

אבל, מה בדיוק אומר האיזון? כאשר זה נקבע, במהירויות של התגובה הישירה (מימין) ואת ההפוך (משמאל) הם שווים. לכן הריכוזים של כל המינים נשארים קבועים לאורך זמן.

זה יכול להיות מובן כדלקמן: רק כמה A ו- B מגיבים לייצר C ו- D, אלה מגיבים אחד עם השני באותו הזמן להתחדש A ו- B נצרך, וכן הלאה בעוד המערכת נשארת איזון.

עם זאת, כאשר מוחל על מערכת-להיות הפרעה על ידי תוספת של A, חום, D או הפחתה volume-, עקרון לה שטלייה לחזות כיצד יתנהג כדי לנטרל את ההשפעות שנגרמו, אך לא מסביר את המנגנון המולקולרי שבו הוא מאפשר לך לחזור לשיווי משקל.

לפיכך, בהתאם לשינויים שנעשו, ניתן להעדיף את תחושת התגובה. לדוגמה, אם B הוא המתחם הרצוי, שינוי מופעל באופן כזה שיווי המשקל עובר להיווצרותו.

גורמים המשנים את האיזון הכימי

כדי להבין את העיקרון של Le Chatelier גישה מצוינת היא להניח כי היתרה מורכבת איזון.

מנקודת מבט זו, ריאגנטים נשקל על צלחת שמאל (או סל) ואת המוצרים הם שקלו בצד ימין. מכאן, התחזית של התגובה של המערכת (האיזון) הופך להיות קל.

שינויים בריכוז

א+ BB <=> cC + dD

החץ הכפול במשוואה מייצג את השוק של האיזון ואת קו תחתון צלוחיות. אז אם אתה מוסיף למערכת כמות (גרם, מיליגרם, וכו ') א', יהיה במשקל יותר במחבת התקינה ולהטות את הכף לכיוון זה בצד.

כתוצאה מכך, מחבת C + D עולה; כלומר, הוא מקבל חשיבות מול צלחת A + B. במילים אחרות: לפני הוספת A (כמו של B) האיזון מעביר מוצרים C ו- D כלפי מעלה.

מבחינה כימית, האיזון מסתיים בימין: לקראת ייצור של יותר C ו- D.

ההפך מתרחש במקרה שהמערכת מוסיפה כמויות של C ו- D: הצלחת השמאלית הופכת כבדה יותר, מה שגורם לאדם הנכון לעלות.

שוב, התוצאה היא עלייה בריכוזים של A ו- B; לכן, שינויי איזון שמאלה נוצרת (המגיבים).

שינויים בלחץ או בנפח

אA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)

לשינויים בלחץ או בנפח הנגרמים במערכת יש רק השפעות בולטות על מינים במצב הגזי. עם זאת, עבור משוואה כימית מעולה אף אחד השינויים הללו לא לשנות את שיווי המשקל.

למה? בגלל כמות חפרס גזי הכולל משני צידי המשוואה הוא זהה.

האיזון יבקש לאזן את שינויי הלחץ, אך מכיוון ששתי התגובות (ישירות והופכות) מייצרות כמות זהה של גז, הוא נשאר ללא שינוי. לדוגמה, עבור המשוואה הכימית הבאה האיזון מגיב לשינויים אלה:

אA (g) + bB (g) <=> הE (g)

כאן, לפני ירידה בהיקף (או עלייה בלחץ) במערכת, הסולם יעלה את הצלחת המאפשרת הפחתת השפעה זו. 

איך? הקטנת הלחץ, דרך היווצרות של E. הסיבה לכך היא, כפי A ו- B להפעיל יותר לחץ מאשר E, הם מגיבים להקטין וריכוזי עלייה של E.

כמו כן, העיקרון של Le Chatelier מנבא את ההשפעה של הגדלת נפח. כאשר זה קורה, האיזון ואז צריך לנטרל את האפקט על ידי קידום היווצרות של שומות גזי יותר לשחזר את אובדן הלחץ; הפעם, העברת האיזון שמאלה, הרמת צלחת A + B.

שינויי טמפרטורה

החום יכול להיחשב הן תגובתי והן מוצר. לכן, בהתאם אנתלפיה של התגובה (ΔHrx), התגובה היא exothermic או endothermic. ואז החום ממוקם בצד שמאל או ימין של משוואה כימית.

a + bB + חום <=> cC + dD (תגובה אנדותרמית)

a + bB <=> cC + dD + חום (תגובה אקסותרמית)

כאן, חימום או קירור של המערכת מייצר את אותן תגובות כמו במקרה של שינויים בריכוזים.

לדוגמה, אם התגובה היא אקסותרמית, קירור המערכת מעדיף את העקירה של שיווי המשקל שמאלה; ואילו אם הוא מחומם, התגובה ממשיכה עם נטייה גדולה יותר כלפי ימין (A + B).

יישומים

בין היישומים הרבים שלה, שכן תגובות רבות להגיע שיווי משקל, יש לנו את הדברים הבאים:

בתהליך של הבר

N2(ז) + 3H2(ז) <=> 2NH3(g) (exothermic)

משוואה כימית מעולה מתאים להיווצרות של אמוניה, אחד התרכובות הגדולות המיוצרים על קשקשים תעשייתיים.

הנה, התנאים האידיאליים להשגת NH3 הם אלה שבהם הטמפרטורה אינה גבוהה מאוד, וגם, שם יש רמות גבוהות של לחצים (200 עד 1000 atm).

בגינון

סגול hydrangeas (תמונה עליונה) להקים איזון עם אלומיניום (אל3+) נוכח בקרקעות. נוכחותה של מתכת זו, חומצה לואיס, מביאה כתוצאה החמצה של אותם.

עם זאת, בקרקעות בסיסיות הפרחים של hydrangeas אדומים, כי האלומיניום הוא מסיס בקרקעות אמר ולא יכול לשמש את הצמח.

גנן עם ידע על העיקרון של Le Chatelier יכול לשנות את צבע hydrangeas שלו באמצעות החמצה חכמה של קרקעות.

במבנה של מערות

הטבע גם מנצל את העיקרון של Le Chatelier כדי לכסות את גגות קבורה עם נטיפים.

Ca2+(AC) + 2HCO3-(ac) <=> CaCO3(ים) + CO2(AC) + H2O (l)

הקאקו3 (גיר) הוא מסיס במים, כמו גם CO2. כמו CO2 בורח, האיזון משמאל לימין; כלומר, לקראת היווצרות של יותר CaCO3. זה גורם לצמיחה של גימורים אלה מחודדים, כמו אלה בתמונה העליונה.

הפניות

  1. כימיה של דוק בראון. (2000). ברמה התיאורטית-Physical Chemistry מתקדם - ש"מ - חלק מתוקן כימית שיווי משקל 3. הערות מקור ב -6 במאי, 2018, מתוך: docbrown.info
  2. ג'סי א. שיווי משקל: עיקרון של לה שאטלייה. ב -6 במאי 2018, מתוך: opentextbc.ca
  3. אן מארי הלמנסטין, Ph.D. (19 במאי 2017). ההגדרה של לה שאטלייה. ב -6 במאי 2018, מתוך: thinkco.com
  4. בינוד שרסטה. העיקרון של Le-Chatelier ויישומו. אוחזר ב -6 במאי 2018, מ: chem-guide.blogspot.com
  5. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. כימיה (8th ed.). CENGAGE למידה, עמ '671-678.
  6. Advameg, Inc (2018). שיווי משקל כימי - יישומי Real-Life. ב -6 במאי 2018, מתוך: scienceclarified.com
  7. ג'יימס סנט ג'ון. (12 במאי 2016). טרוורטין נָטוֹף (לוראיי מערות, לוראיי, וירג'יניה, ארה"ב) 38. מקור: ב -6 במאי, 2018, מתוך: flickr.com
  8. סטן שבס. בלאואר פרינץ. (יולי 2005). [איור] ב -6 במאי 2018, מתוך: commons.wikimedia.org