Načelo Le Chatelier: znanstveni preboj 18. stoletja

Mnogi ljudje vedo o obstoju principa Le Chatelier iz šole. Toda malo jih razume in lahko razloži, kaj je to znano načelo.

Francoski znanstvenik je svetu povedal o zakonu dinamičnega ravnovesja leta 1884. Za pozno devetnajstega stoletja je bilo odkritje zelo pomembno in takoj pritegnilo pozornost znanstvene skupnosti. Toda zaradi pomanjkanja mednarodnega znanstvenega sodelovanja pred stoletjem in polom so le njegovi rojaki vedeli za znanstveni preboj Le Chatelija. Leta 1887 je nemški znanstvenik Karl Ferdinand Brown, ki je neodvisno odkril isti znanstveni zakon, ne pozna odkritja Francoza, povedal o premiku kemijskega ravnovesja v spreminjajočih se zunanjih razmerah. Ni naključje, da se to načelo pogosto imenuje načelo Le Chatelier-Brown.

Kakšno je načelo Le Chatelierja?

Sistemi, ki so v ravnotežju, vedno ohranjajo svoje ravnotežje in preprečujejo zunanje sile, dejavnike in pogoje. To pravilo velja za vse sisteme in za vsak proces: kemično, električno, mehansko, termično. Načelo Le Chatelier ima poseben praktični pomen za reverzibilne kemične reakcije.

Učinek temperature na hitrost reakcije je neposredno odvisen od vrste reakcije za toplotni učinek. S povečanjem temperature se ravnotežje premakne proti endotermni reakciji. Če spustimo temperaturo, pride do premika kemijskega ravnovesja proti eksotermni reakciji. Razlog za to je dejstvo, da ko se sistem iz zunanjih sil odstrani iz ravnotežja, se spremeni v stanje manj odvisnosti od zunanjih dejavnikov. Odvisnost endotermnih in eksotermnih procesov na ravnovesnem stanju je izražena z enačbo Van`t Hoff:

V2 = V1 * y (T2-T1) / 10,

kjer je V2 stopnja kemične reakcije pri spremenjeni temperaturi je V1 začetna hitrost reakcije in y indikator temperature razlike.

Švedski znanstvenik Arrhenius je izpeljal formulo za eksponentno odvisnost reakcijske hitrosti na temperaturnem režimu.

K = A • e (-E (RT)), kjer je E aktivacijska energija, R je univerzalna plinska konstanta, T pa je temperatura v sistemu. Vrednost A je konstanta.

Ko se tlak poveča, se spremeni kemijsko ravnotežje v smeri, v kateri snovi zasedajo manjši volumen. Če je količina začetnih snovi večja od količine reakcijskih produktov, se ravnotežje premakne proti prvotnim komponentam. Skladno s tem, če količina reakcijskih produktov presega količino reagentov, se ravnovesje premakne proti nastalim kemičnim spojinam. Predpostavlja se, da vsak mol plina zaseda enako količino v normalnih pogojih. Toda sprememba pritiska v sistemu ne vpliva vedno kemijsko ravnotežje. Načelo Le Chatelier kaže, da dodatek k reakciji inertni plin Spremeni pritisk, vendar sistem ne izravnava. V tem primeru je za reakcijo pomemben le tlak, ki je povezan z reakcijskimi snovmi (helij nima prostih elektronov, ne deluje v povezavi s snovmi v sistemu).

Dodajanje določene količine snovi v reakcijo povzroči premik v ravnovesju v smeri postopka, kjer se ta snov zmanjša.

Ravnotežje ima dinamičen značaj. Med potekom reakcije je naravno "moten" in "izravnan". Razložimo to situacijo z enim primerom. Kadar je raztopina broma hidrogenirana, bromovodikova kislina. Prišli so čas, ko je končni izdelek preveč nastal, njegova prostornina presega skupni volumen monomolekul vodikovega in broma, hitrost reakcije upočasni. Če dodate vodik ali brom v sistem, bo reakcija potekala v nasprotni smeri.