Princíp Le Chatelier v Čo obsahuje a aplikácie



Princíp Le Chatelier opisuje odozvu systému v rovnováhe na pôsobenie proti účinkom spôsobeným externým činidlom. To bolo formulované v roku 1888 francúzsky chemik Henry Louis Le Chatelier. Používa sa na akúkoľvek chemickú reakciu, ktorá je schopná dosiahnuť rovnováhu v uzavretých systémoch.

Čo je uzavretý systém? Práve tam je prenos energie medzi jej hranicami (napríklad kocka), ale nie hmoty. Ak však chcete vykonať zmenu v systéme, je potrebné ju otvoriť a potom ju znova uzavrieť, aby ste zistili, ako reaguje na poruchu (alebo zmenu)..

Po zatvorení sa systém vráti do rovnováhy a vďaka tomuto princípu sa dá predpovedať jeho spôsob jeho dosiahnutia. Je nová rovnováha rovnaká ako predchádzajúca? Závisí od času, do ktorého je systém vystavený vonkajšiemu rušeniu; ak trvá dosť dlho, nový zostatok je iný.

index

  • 1 Z čoho sa skladá??
  • 2 Faktory, ktoré modifikujú chemickú rovnováhu
    • 2.1 Zmeny v koncentrácii
    • 2.2 Zmeny tlaku alebo objemu
    • 2.3 Teplotné zmeny
  • 3 Aplikácie
    • 3.1 V Haberovom procese
    • 3.2 V záhradníctve
    • 3.3 Pri tvorbe jaskýň
  • 4 Odkazy

Z čoho sa skladá??

Nasledujúca chemická rovnica zodpovedá reakcii, ktorá dosiahla rovnováhu:

aA + bB <=> cC + dD

V tomto výraze a, b, c a d sú stechiometrické koeficienty. Keďže systém je uzavretý, z vonkajšej strany sa nevkladajú žiadne reaktanty (A a B) ani produkty (C a D), ktoré narušujú rovnováhu.

Ale čo presne znamená rovnováha? Keď sa to zistí, rýchlosť priamej reakcie (doprava) a spätného chodu (vľavo) sa vyrovná. Koncentrácie všetkých druhov preto v priebehu času zostávajú konštantné.

Vyššie uvedené je možné pochopiť týmto spôsobom: stačí, ak budete reagovať na bit A a B na vytvorenie C a D, pričom tieto budú navzájom reagovať v rovnakom čase na regeneráciu spotrebovaného A a B a tak ďalej, kým systém zostane v rovnováhe.

Keď sa však na systém aplikuje porucha - či už pridaním A, tepla, D alebo redukcie objemu - Le Chatelierov princíp predpovedá, ako sa bude správať, aby sa pôsobilo proti účinkom, hoci tento mechanizmus nevysvetľuje mechanizmus molekulu, pomocou ktorej vám umožňuje návrat do rovnováhy.

V závislosti od vykonaných zmien sa teda môže uprednostniť zmysel pre reakciu. Napríklad, ak B je požadovaná zlúčenina, zmena sa vykoná takým spôsobom, že sa rovnováha presunie do jej tvorby..

Faktory, ktoré modifikujú chemickú rovnováhu

Na pochopenie princípu Le Chateliera je výborný prístup predpokladať, že bilancia pozostáva z rovnováhy.

Pri pohľade z tohto prístupu sa reagencie odvážia na ľavej doske (alebo koši) a produkty sa odvážia na pravej strane. Odtiaľ sa ľahká predikcia odozvy systému (váhy).

Zmeny v koncentrácii

naA + bB <=> CC + dD

Dvojitá šípka v rovnici predstavuje stopku váh a podčiarkovač. Potom, ak sa do systému pridá množstvo (gramy, miligramy atď.) A, bude väčšia váha v pravej miske a váha sa nakloní k tejto strane.

V dôsledku toho stúpa panvica C + D; to znamená, že získava dôležitosť pred miskou A + B. Inými slovami: pred pridaním A (ako B) váha presunie produkty C a D smerom nahor.

Z chemického hľadiska sa rovnováha končí pohybom doprava: smerom k produkcii viacerých C a D.

Opak nastáva v prípade, že systém pridáva množstvá C a D: ľavý tanierik sa stáva ťažším, čo spôsobuje, že pravý tanier vzrastá..

To opäť vedie k zvýšeniu koncentrácií A a B; preto sa vytvára posun rovnováhy doľava (reaktanty).

Zmeny tlaku alebo objemu

naA (g) + bB (g) <=> CC (g) + dD (g)

Zmeny tlaku alebo objemu vyvolané v systéme majú významné účinky len na druhy v plynnom stave. Avšak pre vynikajúcu chemickú rovnicu by žiadna z týchto zmien nemenila rovnováhu.

Prečo? Pretože množstvo plynných celkových mol na obidvoch stranách rovnice je rovnaké.

Váha sa bude snažiť vyrovnať zmeny tlaku, ale keďže obe reakcie (priame a inverzné) produkujú rovnaké množstvo plynu, zostáva nezmenené. Napríklad pre nasledujúcu chemickú rovnicu rovnováha reaguje na tieto zmeny:

naA (g) + bB (g) <=> aE (g)

Tu pred poklesom objemu (alebo zvýšením tlaku) v systéme stupnica zdvihne dosku, ktorá umožňuje znížiť tento účinok. 

Ako? Zníženie tlaku prostredníctvom tvorby E. To preto, lebo A a B vyvíjajú väčší tlak ako E, reagujú na zníženie ich koncentrácie a zvýšenie E.

Podobne princíp Le Chatelier predpovedá účinok zvýšenia objemu. Keď k tomu dôjde, rovnováha potom musí pôsobiť proti účinku podporovaním tvorby plynnejších mol, ktoré obnovujú stratu tlaku; tentoraz posunutím váhy doľava zdvihnutím taniera A + B.

Zmeny teploty

Teplo je možné považovať za reaktívne aj za produkt. V závislosti od entalpie reakcie (AHrx) je reakcia exotermická alebo endotermická. Potom sa teplo umiestni na ľavú alebo pravú stranu chemickej rovnice.

aA + bB + teplo <=> cC + dD (endotermická reakcia)

aA + bB <=> cC + dD + teplo (exotermická reakcia)

Vykurovanie alebo chladenie systému generuje rovnaké odozvy ako v prípade zmien koncentrácií.

Napríklad, ak je reakcia exotermická, chladenie systému podporuje posun rovnováhy doľava; keďže ak sa zahrieva, reakcia prebieha s väčšou tendenciou smerom doprava (A + B).

aplikácie

Medzi nespočetnými aplikáciami, pretože mnohé reakcie dosahujú rovnováhu, máme nasledovné:

V procese Habera

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

Vynikajúca chemická rovnica zodpovedá tvorbe amoniaku, jednej z najväčších zlúčenín vyrábaných v priemyselnom meradle.

Tu sú ideálne podmienky na získanie NH3 sú to tie, v ktorých teplota nie je príliš vysoká a tiež tam, kde sú vysoké tlaky (200 až 1000 atm).

V záhradníctve

Fialové hortenzie (vrchný obrázok) vytvárajú rovnováhu s hliníkom (Al3+) prítomné v pôdach. Prítomnosť tohto kovu, Lewisovej kyseliny, spôsobuje ich okyslenie.

V základných pôdach sú však kvety hortenzií červené, pretože hliník je v uvedených pôdach nerozpustný a nemôže byť rastlinou používaný..

Záhradník so znalosťou princípu Le Chatelier mohol zmeniť farbu svojich hortenzií prostredníctvom inteligentného okyslenia pôd..

Pri tvorbe jaskýň

Príroda tiež využíva princíp Le Chatelier, aby pokryla kavernózne strechy stalaktitmi.

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

CaCO3 (vápenec) je nerozpustný vo vode, ako aj CO2. Ako CO2 úniky, váha sa posúva doprava; to znamená smerom k vytvoreniu viacerých CaCO3. To spôsobuje rast týchto špicatých povrchov, ako sú tie na hornom obrázku.

referencie

  1. Doc Brownova chémia. (2000). Teoreticko-fyzikálna pokročilá úroveň chémie - rovnováha - chemická rovnováha Poznámky k revízii ČASŤ 3. Získané dňa 6. mája 2018, z: docbrown.info
  2. Jessie A. Key. Presun rovnováhy: Princíp Le Chateliera. Získané dňa 6. mája 2018, z: opentextbc.ca
  3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (19. máj 2017). Definícia princípu Le Chateliera. Získané dňa 6. mája 2018, z: thoughtco.com
  4. Binod Shrestha. Le-chatelierov princíp a jeho aplikácia. Získané dňa 6. mája 2018, z: chem-guide.blogspot.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str. 671-678.
  6. Advameg, Inc. (2018). Chemická rovnováha - aplikácie v reálnom živote. Získané dňa 6. mája 2018, z: scienceclarified.com
  7. James St. John. (12. máj 2016). Travertínový kvapkadlo (Luray Caverns, Luray, Virginia, USA) 38. Získané dňa 6. mája 2018, z: flickr.com
  8. Stan Shebs. Hydrangea macrophylla Blauer Prinz. (Júl 2005). [Obrázok]. Získané 6. mája 2018, z: commons.wikimedia.org