Principiul Le Chatelier descrie răspunsul unui sistem în echilibru pentru a contracara efectele cauzate de un agent extern. A fost formulată în 1888 de chimistul francez Henry Louis Le Chatelier. Se aplică oricărei reacții chimice capabile să atingă echilibrul în sisteme închise..
Ce este un sistem închis? Este un loc în care există transferul de energie între granițele sale (de exemplu, un cub), dar nu de materie. Cu toate acestea, pentru a exercita o schimbare în sistem este necesar să-l deschideți și apoi să-l închideți din nou pentru a studia modul în care răspunde la perturbare (sau schimbare).
Odată închis, sistemul va reveni la echilibru și modul său de a realiza acest lucru poate fi prezis datorită acestui principiu. Este noul echilibru același cu cel vechi? Depinde de timpul la care sistemul este supus unor perturbări externe; dacă durează suficient, noul echilibru este diferit.
Indice articol
Următoarea ecuație chimică corespunde unei reacții care a atins echilibrul:
aA + bB <=> cC + dD
În această expresie a, b, c și d sunt coeficienții stoichiometrici. Deoarece sistemul este închis, nu intră reactivi (A și B) sau produse (C și D) din exterior care perturbă echilibrul.
Dar ce înseamnă exact echilibrul? Când acest lucru este setat, ratele reacției înainte (în sensul acelor de ceasornic) și inversă (în sens invers acelor de ceasornic) se egalizează. În consecință, concentrațiile tuturor speciilor rămân constante în timp..
Cele de mai sus pot fi înțelese în acest fel: de îndată ce puțin A și B reacționează pentru a produce C și D, reacționează între ele în același timp pentru a regenera A și B consumate și așa mai departe în timp ce sistemul rămâne în echilibru ..
Cu toate acestea, atunci când se aplică o perturbare sistemului - fie prin adăugarea de A, căldură, D sau prin reducerea volumului -, principiul lui Le Chatelier prezice modul în care se va comporta pentru a contracara efectele cauzate, deși nu explică mecanismul molecular prin care îi permite să revină la echilibru.
Astfel, în funcție de schimbările făcute, simțul unei reacții poate fi favorizat. De exemplu, dacă B este compusul dorit, se exercită o schimbare astfel încât echilibrul să se deplaseze la formarea sa.
Pentru a înțelege principiul lui Le Chatelier, o aproximare excelentă este să presupunem că echilibrul constă dintr-un echilibru..
Privit din această abordare, reactivii sunt cântăriți pe tava stângă (sau coș) și produsele sunt cântărite pe tava dreaptă. De aici, predicția răspunsului sistemului (echilibrul) devine ușoară.
laA + bB <=> cC + dD
Săgeata dublă din ecuație reprezintă tija balanței și subliniile subliniate. Deci, dacă o cantitate (grame, miligrame etc.) de A este adăugată la sistem, va fi mai multă greutate pe tigaia dreaptă și balanța se va înclina în acea parte..
Ca urmare, farfuria C + D crește; adică capătă importanță în comparație cu vasul A + B. Cu alte cuvinte: înainte de adăugarea lui A (începând cu B), soldul deplasează produsele C și D în sus.
În termeni chimici, echilibrul ajunge să se deplaseze spre dreapta: spre producerea mai multor C și D.
Opusul se întâmplă dacă se adaugă în sistem cantități de C și D: panoul din stânga devine mai greu, determinând ridicarea panoului din dreapta..
Din nou, acest lucru are ca rezultat o creștere a concentrațiilor de A și B; prin urmare, se generează o deplasare a echilibrului spre stânga (reactanții).
laA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)
Modificările de presiune sau de volum cauzate în sistem au doar efecte notabile asupra speciilor în stare gazoasă. Cu toate acestea, pentru ecuația chimică superioară, niciuna dintre aceste modificări nu ar modifica echilibrul.
De ce? Deoarece numărul total de moli gazoși de pe ambele părți ale ecuației este același.
Echilibrul va căuta să echilibreze schimbările de presiune, dar din moment ce ambele reacții (directe și inverse) produc aceeași cantitate de gaz, rămâne neschimbată. De exemplu, pentru următoarea ecuație chimică, echilibrul răspunde acestor schimbări:
laA (g) + bB (g) <=> șiDe exemplu)
Aici, în cazul unei scăderi a volumului (sau a creșterii presiunii) în sistem, balanța va ridica panoul pentru a reduce acest efect..
Cum? Scăderea presiunii, prin formarea E. Acest lucru se datorează faptului că, deoarece A și B exercită o presiune mai mare decât E, reacționează pentru a-și reduce concentrațiile și a crește cea a E.
La fel, principiul Le Chatelier prezice efectul creșterii volumului. Când se întâmplă acest lucru, echilibrul trebuie să contracareze efectul prin promovarea formării de alunițe mai gazoase care restabilesc pierderea de presiune; de data aceasta, deplasând balanța spre stânga, ridicând tigaia A + B.
Căldura poate fi considerată atât reactivă, cât și produsă. Prin urmare, în funcție de entalpia de reacție (ΔHrx), reacția este fie exotermă, fie endotermă. Apoi, căldura este plasată pe partea stângă sau dreaptă a ecuației chimice.
aA + bB + căldură <=> cC + dD (reacție endotermică)
aA + bB <=> cC + dD + căldură (reacție exotermă)
Aici, încălzirea sau răcirea sistemului generează aceleași răspunsuri ca și în cazul modificărilor concentrațiilor..
De exemplu, dacă reacția este exotermă, răcirea sistemului favorizează deplasarea echilibrului spre stânga; în timp ce, dacă este încălzit, reacția continuă cu o tendință mai mare spre dreapta (A + B).
Printre nenumăratele sale aplicații, deoarece multe reacții ajung la echilibru, există următoarele:
NDouă(g) + 3HDouă(g) <=> 2NH3(g) (exoterm)
Ecuația chimică superioară corespunde formării amoniacului, unul dintre compușii principali produși la scară industrială..
Aici, condițiile ideale pentru obținerea NH3 sunt cele în care temperatura nu este foarte ridicată și, la fel, unde există niveluri ridicate de presiune (200 până la 1000 atm).
Hortensiile violete (imaginea de sus) ating un echilibru cu aluminiu (Al3+) prezent în soluri. Prezența acestui metal, acidul Lewis, are ca rezultat acidificarea lor.
Cu toate acestea, în solurile de bază, florile hortensiei sunt roșii, deoarece aluminiul este insolubil în aceste soluri și nu poate fi utilizat de către plantă..
Un grădinar familiarizat cu principiul Le Chatelier ar putea schimba culoarea hortensiilor sale prin acidificarea inteligentă a solurilor.
Natura profită, de asemenea, de principiul Le Chatelier pentru a acoperi plafoanele cavernoase cu stalactite.
ACDouă+(ac) + 2HCO3-(ac) <=> Hoţ3(s) + CODouă(ac) + HDouăO (l)
CaCO3 (calcarul) este insolubil în apă, precum și în CODouă. Ca CODouă scapă, echilibrul se deplasează spre dreapta; adică spre formarea mai multor CaCO3. Acest lucru determină creșterea acelor finisaje ascuțite, cum ar fi cele din imaginea de mai sus..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.