Zasada Le Chateliera w tym, co składa się z aplikacji



The Zasada Le Chatelier opisuje reakcję systemu w równowadze, aby przeciwdziałać skutkom wywołanym przez czynnik zewnętrzny. Został sformułowany w 1888 roku przez francuskiego chemika Henry'ego Louisa Le Chateliera. Jest on stosowany do każdej reakcji chemicznej, która jest w stanie osiągnąć równowagę w systemach zamkniętych.

Co to jest system zamknięty? To tam, gdzie występuje transfer energii między jej granicami (na przykład sześcianem), ale nie materią. Aby jednak zmienić system, należy go otworzyć, a następnie zamknąć ponownie, aby zbadać, w jaki sposób reaguje na zakłócenia (lub zmiany).

Po zamknięciu system powróci do równowagi i dzięki tej zasadzie można przewidzieć sposób jego osiągnięcia. Czy nowa równowaga jest taka sama jak poprzednia? Zależy to od czasu, w którym system jest narażony na zewnętrzne zakłócenia; jeśli trwa wystarczająco długo, nowa równowaga jest inna.

Indeks

  • 1 Z czego się składa??
  • 2 Czynniki, które zmieniają równowagę chemiczną
    • 2.1 Zmiany koncentracji
    • 2.2 Zmiany ciśnienia lub objętości
    • 2.3 Zmiany temperatury
  • 3 aplikacje
    • 3.1 W procesie Haber
    • 3.2 W ogrodnictwie
    • 3.3 W tworzeniu jaskiń
  • 4 odniesienia

Z czego to się składa??

Następujące równanie chemiczne odpowiada reakcji, która osiągnęła równowagę:

aA + bB <=> cC + dD

W tym wyrażeniu a, b, c oraz d są współczynnikami stechiometrycznymi. Ponieważ system jest zamknięty, żadne reagenty (A i B) lub produkty (C i D), które zakłócają równowagę, nie wchodzą z zewnątrz.

Ale co dokładnie oznacza równowaga? Gdy zostanie to ustalone, prędkości bezpośredniej reakcji (w prawo) i wstecz (w lewo) są wyrównane. Dlatego też stężenia wszystkich gatunków pozostają stałe w czasie.

Powyższe można zrozumieć w ten sposób: wystarczy zareagować trochę A i B, aby wytworzyć C i D, te reagują ze sobą w tym samym czasie, aby zregenerować zużyte A i B, i tak dalej, podczas gdy system pozostaje w równowadze.

Jednakże, gdy zakłócenie jest stosowane do systemu - czy przez dodanie A, ciepła, D, czy zmniejszenie objętości - zasada Le Chateliera przewiduje, jak będzie się zachowywać, aby przeciwdziałać powodowanym skutkom, chociaż nie wyjaśnia mechanizmu molekularny, dzięki któremu pozwala na powrót do równowagi.

Zatem, w zależności od dokonanych zmian, sens reakcji może być faworyzowany. Na przykład, jeśli B jest pożądanym związkiem, następuje zmiana w taki sposób, że równowaga przenosi się do jego utworzenia.

Czynniki, które modyfikują równowagę chemiczną

Aby zrozumieć zasadę Le Chatelier, doskonałym podejściem jest założenie, że równowaga składa się z równowagi.

Patrząc na to podejście, odczynniki są ważone na lewej (lub koszykowej) płycie, a produkty ważone po prawej stronie. Stąd przewidywanie reakcji systemu (równowaga) staje się łatwe.

Zmiany koncentracji

aA + bB <=> cC + dD

Podwójna strzałka w równaniu przedstawia trzon wagi i podkreślenie spodków. Następnie, jeśli ilość (gramów, miligramów itp.) A zostanie dodana do systemu, w prawym naczyniu będzie większa waga, a skala przechyli się w kierunku tej strony.

W rezultacie pan C + D wzrasta; to znaczy zyskuje na znaczeniu przed anteną A + B. Innymi słowy: przed dodaniem A (od B) waga przesuwa produkty C i D w górę.

Pod względem chemicznym równowaga kończy się w prawo: w kierunku produkcji większej ilości C i D.

Odwrotność występuje w przypadku dodania przez system ilości C i D: lewy spodek staje się cięższy, co powoduje, że prawy podnosi się.

Ponownie, powoduje to wzrost stężeń A i B; dlatego generowane jest przesunięcie równowagi w lewo (reagenty).

Zmiany ciśnienia lub objętości

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

Zmiany ciśnienia lub objętości powodowane przez układ mają znaczący wpływ na gatunki w stanie gazowym. Jednak dla wyższego równania chemicznego żadna z tych zmian nie zmieniłaby równowagi.

Dlaczego? Ponieważ ilość gazowych moli ogółem po obu stronach równania jest taka sama.

Równowaga będzie dążyć do zrównoważenia zmian ciśnienia, ale ponieważ obie reakcje (bezpośrednia i odwrotna) wytwarzają taką samą ilość gazu, pozostaje niezmieniona. Na przykład dla następującego równania chemicznego waga reaguje na te zmiany:

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

Tutaj, przed zmniejszeniem głośności (lub wzrostem ciśnienia) w systemie, skala podniesie płytkę, co pozwoli na zmniejszenie tego efektu. 

Jak? Zmniejszenie ciśnienia, poprzez tworzenie E. Jest tak dlatego, że ponieważ A i B wywierają większe ciśnienie niż E, reagują, obniżając swoje stężenia i zwiększając E.

Podobnie zasada Le Chateliera przewiduje wpływ wzrostu głośności. Gdy to nastąpi, równowaga musi następnie przeciwdziałać temu efektowi, promując tworzenie bardziej gazowych moli, które przywracają utratę ciśnienia; tym razem przesuwając balans w lewo, podnosząc spodek A + B.

Zmiany temperatury

Ciepło można uznać za reaktywne i produkt. Dlatego, w zależności od entalpii reakcji (ΔHrx), reakcja jest egzotermiczna lub endotermiczna. Następnie ciepło jest umieszczane po lewej lub prawej stronie równania chemicznego.

aA + bB + ciepło <=> cC + dD (reakcja endotermiczna)

aA + bB <=> cC + dD + ciepło (reakcja egzotermiczna)

Tutaj ogrzewanie lub chłodzenie systemu generuje takie same odpowiedzi, jak w przypadku zmian stężeń.

Na przykład, jeśli reakcja jest egzotermiczna, chłodzenie układu sprzyja przesunięciu równowagi w lewo; mając na uwadze, że jeśli jest ogrzewany, reakcja przebiega z większą tendencją w prawo (A + B).

Aplikacje

Wśród niezliczonych aplikacji, ponieważ wiele reakcji osiąga równowagę, mamy następujące:

W trakcie Habera

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

Lepsze równanie chemiczne odpowiada tworzeniu się amoniaku, jednego z największych związków wytwarzanych w skali przemysłowej.

Oto idealne warunki do uzyskania NH3 są to te, w których temperatura nie jest bardzo wysoka, a także tam, gdzie występują wysokie poziomy ciśnień (200 do 1000 atm).

W ogrodnictwie

Purpurowe hortensje (górny obraz) tworzą równowagę z aluminium (Al3+) obecne w glebie. Obecność tego metalu, kwasu Lewisa, powoduje w konsekwencji ich zakwaszenie.

Jednak w glebach podstawowych kwiaty hortensji są czerwone, ponieważ aluminium jest nierozpuszczalne w tych glebach i nie może być używane przez roślinę.

Ogrodnik ze znajomością zasady Le Chatelier mógłby zmodyfikować kolor swoich hortensji poprzez inteligentne zakwaszenie gleb.

W tworzeniu jaskiń

Przyroda wykorzystuje również zasadę Le Chatelier do pokrycia jamistych dachów stalaktytami.

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

CaCO3 (wapień) jest nierozpuszczalny w wodzie, jak również w CO2. Jako CO2 ucieka, równowaga przesuwa się w prawo; to znaczy w kierunku tworzenia większej ilości CaCO3. Powoduje to wzrost tych spiczastych wykończeń, takich jak te na górnym obrazie.

Referencje

  1. Chemia Doca Browna. (2000). Teoria teoretyczno-fizyczna zaawansowanego poziomu - równowaga - uwagi do rewizji równowagi chemicznej CZĘŚĆ 3. Źródło: 06 maja 2018 r., Z: docbrown.info
  2. Jessie A. Klucz. Zmiana równowagi: zasada Le Chateliera. Źródło: 06 maja 2018 r. Z: opentextbc.ca
  3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (19 maja 2017). Definicja zasady Le Chateliera. Pobrano 6 maja 2018 r. Z: thoughtco.com
  4. Binod Shrestha. Zasada Le-chateliera i jej zastosowanie. Źródło: 6 maja 2018 r. Z: chem-guide.blogspot.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, str. 671-678.
  6. Advameg, Inc. (2018). Równowaga chemiczna - aplikacje rzeczywiste. Źródło: 6 maja 2018 r. Z: scienceclarified.com
  7. James St. John. (12 maja 2016 r.). Trawertyn Dripstone (Luray Caverns, Luray, Virginia, USA) 38. Źródło: 6 maja 2018 r., Z: flickr.com
  8. Stan Shebs. Hydrangea macrophylla Blauer Prinz. (Lipiec 2005). [Rysunek] Pobrano 6 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org