Αρχή Le Chatelier: μια επιστημονική πρόοδος του 18ου αιώνα

Πολλοί άνθρωποι γνωρίζουν την ύπαρξη της αρχής Le Chatelier από τον πάγκο της σχολής. Αλλά λίγοι καταλαβαίνουν και μπορούν να εξηγήσουν τι είναι αυτή η γνωστή αρχή.

Γάλλος επιστήμονας είπε στον κόσμο για το νόμοδυναμική ισορροπία το 1884. Για τα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, η ανακάλυψη ήταν πολύ σημαντική και αμέσως προσελκύει την προσοχή της επιστημονικής κοινότητας. Λόγω της έλλειψης διεθνούς επιστημονικής συνεργασίας πριν από ενάμισι χρόνο μόνο οι συμπατριώτες του γνώριζαν την επιστημονική εξέλιξη του Le Chatelier. Το 1887, ο Γερμανός επιστήμονας Karl Ferdinand Brown, ο οποίος ανεξάρτητα ανακάλυψε τον ίδιο επιστημονικό νόμο, αγνοώντας την ανακάλυψη του Γάλλου, δήλωσε σχετικά με τη μετατόπιση της χημικής ισορροπίας υπό μεταβαλλόμενες εξωτερικές συνθήκες. Δεν είναι τυχαίο ότι αυτή η αρχή ονομάζεται συχνά η αρχή Le Chatelier-Brown.

Ποια είναι λοιπόν η αρχή του Le Chatelier;

Τα συστήματα που βρίσκονται σε ισορροπία τείνουν πάντα ναΝα διατηρεί την ισορροπία του και να εξουδετερώνει τις εξωτερικές δυνάμεις, τους παράγοντες και τις συνθήκες. Αυτός ο κανόνας ισχύει για όλα τα συστήματα και για οποιαδήποτε διαδικασία: χημική, ηλεκτρική, μηχανική, θερμική. Η αρχή Le Chatelier έχει μια ιδιαίτερη πρακτική σημασία για αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην παροχήη αντίδραση εξαρτάται άμεσα από τον τύπο της αντίδρασης για τη θερμική επίδραση. Με την αύξηση της θερμοκρασίας που παρατηρείται μετατόπιση της ισορροπίας προς την ενδόθερμη αντίδραση. Η μείωση της θερμοκρασίας, αντίστοιχα, οδηγεί σε μια μετατόπιση της χημικής ισορροπίας προς εξώθερμη αντίδραση. Ο λόγος για αυτό φαίνεται από το γεγονός ότι κατά τη διάρκεια σύστημα εγχύσεως των εξωτερικών δυνάμεων ισορροπίας το σε μια κατάσταση, λιγότερο εξαρτάται από εξωτερικούς παράγοντες. Εξάρτηση της ενδόθερμης και εξώθερμες διαδικασίες του κατάσταση της ισορροπίας εκφράζεται από Van't Hoff:

V2 = V1 * y (Τ2-Τ1) / 10,

όπου V2 είναι ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης σε μια μεταβαλλόμενη θερμοκρασία, V1 είναι ο αρχικός ρυθμός αντίδρασης και το γ είναι η παράμετρος θερμοκρασιακής διαφοράς.

Ο Σουηδός επιστήμονας Arrhenius συνήγαγε τον τύπο για την εκθετική εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης στο καθεστώς θερμοκρασίας.

K = A • e (-E (RT)), όπου E είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, R είναι η γενική σταθερά αερίου, και T είναι η θερμοκρασία στο σύστημα. Η τιμή του Α είναι μια σταθερά.

Καθώς αυξάνεται η πίεση, παρατηρείται μετατόπισηχημική ισορροπία στην κατεύθυνση όπου οι ουσίες καταλαμβάνουν μικρότερο όγκο. Εάν ο όγκος των αρχικών ουσιών είναι μεγαλύτερος από τον όγκο των προϊόντων αντίδρασης, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αρχικά συστατικά. Συνεπώς, εάν ο όγκος των προϊόντων αντίδρασης υπερβαίνει τον όγκο των αντιδραστηρίων, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται προς τις προκύπτουσες χημικές ενώσεις. Θεωρείται ότι κάθε γραμμομόριο αερίου καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο υπό κανονικές συνθήκες. Αλλά η αλλαγή της πίεσης στο σύστημα δεν επηρεάζει πάντα τη χημική ισορροπία. Η αρχή Le Chatelier δείχνει ότι η προσθήκη ενός αδρανούς αερίου στην αντίδραση αλλάζει την πίεση, αλλά δεν απομακρύνει το σύστημα από την ισορροπία. Σε αυτή την περίπτωση, μόνο η πίεση που συνδέεται με τις αντιδρώσες ουσίες είναι σημαντική για την αντίδραση (το ήλιο δεν έχει ελεύθερα ηλεκτρόνια, δεν αλληλεπιδρά με ουσίες στο σύστημα).

Η προσθήκη μιας ορισμένης ποσότητας μιας ουσίας στην αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση της ισορροπίας προς τη διαδικασία όπου η ουσία αυτή γίνεται μικρότερη.

Η ισορροπία έχει δυναμικό χαρακτήρα. Είναι "διαταραγμένο" και "ισοπέδωσε" με φυσικό τρόπο κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Ας εξηγήσουμε αυτή την κατάσταση μέσω ενός παραδείγματος. Η υδρογόνωση του διαλύματος βρωμίου παράγει υδροβρωμικό οξύ. Έρχεται μια εποχή που το τελικό προϊόν σχηματίζεται πάρα πολύ, ο όγκος του υπερβαίνει τον συνολικό όγκο μονομορίων του υδρογόνου και του βρωμίου, ο ρυθμός αντίδρασης επιβραδύνεται. Εάν προσθέσετε υδρογόνο ή βρώμιο στο σύστημα, η αντίδραση θα πάει προς την αντίθετη κατεύθυνση.