Den principen om Le Chatelier beskriver reaktionen hos ett system i jämvikt för att motverka de effekter som orsakas av en extern agent. Det formulerades 1888 av den franska kemisten Henry Louis Le Chatelier. Det appliceras på alla kemiska reaktioner som kan nå jämvikt i slutna system.

Vad är ett slutet system? Det är en där det finns överföring av energi mellan dess gränser (till exempel en kub), men inte av materia. Men för att göra en förändring i systemet är det nödvändigt att öppna det och sedan stänga det igen för att studera hur det svarar på störningen (eller förändringen).

Henry Louis Le Chatelier

När systemet är stängt kommer systemet att återgå till jämvikt och dess sätt att uppnå detta kan förutsägas tack vare denna princip. Är den nya jämvikten densamma som den gamla? Det beror på vilken tid systemet utsätts för yttre störningar. om det varar tillräckligt länge är den nya jämvikten annorlunda.

Vad består det av?

Följande kemiska ekvation motsvarar en reaktion som har nått jämvikt:

aA + bB <=> cC + dD

I detta uttryck är a, b, c och d de stökiometriska koefficienterna. Eftersom systemet är stängt kommer inga reaktanter (A och B) eller produkter (C och D) in från utsidan som stör störningen i jämvikten.

Men vad exakt betyder balans? När detta är inställt, blir hastigheterna för framåt (till höger) och bakåt (till vänster) reaktionen. Följaktligen förblir koncentrationen av alla arter konstant över tid.

Ovanstående kan förstås på detta sätt: så snart lite A och B reagerar för att producera C och D, reagerar de med varandra samtidigt för att regenerera de konsumerade A och B, och så vidare så länge systemet förblir i jämvikt.

Men när en störning tillämpas på systemet - om man lägger till A, värme, D eller genom att minska volymen, förutspår Le Chateliers princip hur det kommer att agera för att motverka de effekter som orsakas, även om det inte förklarar mekanismen molekylär genom att låta den återgå till balans.

Beroende på de förändringar som gjorts kan känslan av en reaktion därför gynnas. Till exempel, om B är den önskade föreningen, utövas en förändring så att jämvikten förflyttas till dess bildning.

Faktorer som modifierar den kemiska balansen

För att förstå Le Chateliers princip är en utmärkt approximation att anta att jämvikt består av en skala.

Sett från denna metod vägs reagensen på vänster skål (eller korg) och produkterna vägs på höger skål. Härifrån blir förutsägelsen av systemets svar (balansen) lätt.

Förändringar i koncentration

aA + bB <=> cC + dD

Dubbelpilen i ekvationen representerar balansen och de understrukna pannorna. Så om en mängd (gram, milligram osv.) Läggs till i systemet kommer det att finnas mer vikt på höger panorera och balansen lutar till den sidan.

Som ett resultat stiger C + D-fatet; med andra ord, det får betydelse jämfört med maträtt A + B. Med andra ord: med tillägg av A (som med B) flyttar balansen produkter C och D uppåt.

Kemiskt sett ändras balansen till höger: mot produktion av mer C och D.

Det motsatta inträffar om mängder C och D läggs till i systemet: den vänstra panelen blir tyngre, vilket får höger panelen att lyfta.

Återigen resulterar detta i en ökning i koncentrationerna av A och B; därför genereras en jämviktsskift till vänster (reaktanterna).

Förändringar i tryck eller volym

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

Förändringar i tryck eller volym som orsakas i systemet har endast märkbara effekter på arter i gasformigt tillstånd. Men för den högre kemiska ekvationen skulle ingen av dessa förändringar modifiera jämvikten.

Varför? Eftersom antalet totala mol gas på båda sidor av ekvationen är detsamma.

Balansen försöker balansera tryckförändringarna, men eftersom båda reaktionerna (direkt och invers) producerar samma mängd gas förblir den oförändrad. Till exempel för följande kemiska ekvation svarar balansen på dessa förändringar:

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

Här mot bakgrund av en minskning i volym (eller tryckökning) i systemet kommer balansen att höja panelen för att minska denna effekt.

Hur? Minskar trycket genom bildningen av E. Detta beror på att eftersom A och B utövar mer tryck än E, reagerar de för att minska sina koncentrationer och öka E.

På samma sätt förutspår Le Chatelier-principen effekten av att öka volymen. När detta inträffar måste balansen då motverka effekten genom att främja bildandet av mer gasformiga mol som återställer tryckförlusten. den här gången, flytta balansen till vänster, lyfta ruta A + B.

Temperaturförändringar

Värme kan betraktas som både reaktiv och produkt. Beroende på reaktionens entalpi (ΔHrx) är reaktionen därför exoterm eller endoterm. Därefter placeras värmen på vänster eller höger sida av den kemiska ekvationen.

aA + bB + värme <=> cC + dD (endoterm reaktion)

aA + bB <=> cC + dD + värme (exoterm reaktion)

Här genererar uppvärmning eller kylning av systemet samma svar som vid koncentrationsförändringar.

Till exempel, om reaktionen är exoterm, föredrar kylning av systemet förflyttningen av jämvikt till vänster; medan den upphettas fortsätter reaktionen med en större tendens åt höger (A + B).

tillämpningar

Bland dess otaliga tillämpningar, med tanke på att många reaktioner når jämvikt, finns det följande:

I processen med Haber

N ₂ (g) + 3H ₂ (g) <=> 2NH ₃ (g) (exoterm)

Den övre kemiska ekvationen motsvarar bildningen av ammoniak, en av de viktigaste föreningarna som produceras i industriell skala.

Här, de ideala villkoren för att erhålla NH ₃ är de i vilka temperaturen är inte särskilt hög och på samma sätt, där det finns höga nivåer av tryck (200 till 1000 atm).

I trädgårdsskötsel

De purpurfärgade hortensiorna (toppbilden) skapar en balans med aluminium (Al ³⁺ ) som finns i jordarna. Närvaron av denna metall, Lewis-syra, resulterar i deras försurning.

I basjordar är emellertid blommorna av hortensior röd, eftersom aluminium är olöslig i dessa jordar och inte kan användas av växten.

En trädgårdsmästare som är bekant med Le Chatelier-principen kan ändra färgen på hans hortensior genom att smart surgöra marken.

I bildandet av grottor