فرمول اصلی Le Chatelier. اصل لو شاتلیه

تا زمانی که پارامترهایی که در آن ایجاد شده ثابت باشند، بدون تغییر باقی می‌ماند. وقتی شرایط تغییر می کند، تعادل به هم می خورد. پس از مدتی، تعادل دوباره در سیستم رخ می دهد که با برابری جدید سرعت ها و غلظت های جدید تعادلی همه مواد مشخص می شود.

فرآیند انتقال یک سیستم از یک حالت تعادل به حالت دیگر را جابجایی یا جابجایی تعادل شیمیایی می گویند.

تعادل در یک جهت یا جهت دیگر تغییر می کند زیرا تغییر شرایط بر سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس به روش های مختلف تأثیر می گذارد. تعادل در جهت واکنش تغییر می کند که سرعت آن با به هم خوردن تعادل بیشتر می شود. به عنوان مثال، اگر هنگام تغییر شرایط خارجی، تعادل به هم بخورد به طوری که سرعت واکنش رو به جلو از سرعت واکنش معکوس بیشتر شود (V ® > V ¬)، آنگاه تعادل به سمت راست تغییر می کند.

به طور کلی، جهت تغییر تعادل با اصل لو شاتلیه تعیین می شود: اگر تأثیر خارجی بر سیستمی که در حالت تعادل است اعمال شود، تعادل به سمتی تغییر می‌کند که تأثیر خارجی را ضعیف می‌کند.

تغییر تعادل می تواند ناشی از موارد زیر باشد:

تغییر دما؛

تغییر در غلظت یکی از معرف ها؛

تغییر در فشار.

اجازه دهید در مورد تأثیر هر یک از این عوامل بر وضعیت تعادل شیمیایی با جزئیات بیشتر صحبت کنیم.

تغییر دما.افزایش دما باعث افزایش ثابت سرعت فرآیند گرمازا (DH 0 T > 0 و DU 0 T > 0) و کاهش ثابت سرعت فرآیند گرمازا (DH 0 T) می شود.< 0 и DU 0 Т < 0), следовательно, هنگامی که دما افزایش می یابد، تعادل به سمت یک واکنش گرماگیر و زمانی که دما کاهش می یابد، یک واکنش گرمازا تغییر می کند.

مثلا:

N 2 (g) + 3H 2 (g) Û 2NH 3 (g) DH 0 T \u003d -92.4 kJ / mol، یعنی. فرآیند مستقیم گرمازا است، بنابراین، با افزایش دما، تعادل به سمت چپ (در جهت واکنش معکوس) تغییر می کند.

تغییر در تمرکزبا افزایش غلظت هر یک از مواد، تعادل به سمت مصرف این ماده و کاهش غلظت هر ماده، تعادل را به سمت تشکیل آن سوق می دهد.

به عنوان مثال، برای واکنش 2HCl (g) Û H 2 (g) + Cl 2 (g)، افزایش غلظت هیدروژن کلرید منجر به تغییر تعادل به سمت راست (در جهت واکنش مستقیم) می شود. . همین نتیجه را می توان با کاهش غلظت هیدروژن یا کلر به دست آورد.

تغییر در فشار.اگر چندین ماده گازی در واکنش دخالت داشته باشند، با افزایش فشار، تعادل به سمت تشکیل تعداد کمتری مول از مواد گازی در مخلوط گاز و بر این اساس به سمت کاهش فشار در سیستم تغییر می‌کند. برعکس، وقتی فشار کاهش می‌یابد، تعادل به سمت تشکیل مول‌های بیشتر گاز تغییر می‌کند که باعث افزایش فشار در سیستم می‌شود.

مثال:

N 2 (g) + 3H 2 (g) Û 2NH 3 (g) .

1 مول + 3 مول Û 2 مول

با افزایش فشار در سیستم، تعادل این واکنش به سمت راست (در جهت واکنش مستقیم) تغییر می کند.

اگر تعداد مول های یکسانی از مواد گازی در واکنش های رو به جلو و معکوس شرکت کنند، تغییر فشار باعث تغییر در تعادل شیمیایی نمی شود.

کاتالیزور بر تغییر تعادل تأثیر نمی گذارد، فقط شروع تعادل شیمیایی را تسریع می کند.

این اصل برای تعادل از هر ماهیتی قابل اجرا است: مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، الکتریکی (اثر لنز، پدیده پلتیه).

اگر شرایط خارجی تغییر کند، این منجر به تغییر در غلظت تعادلی مواد می شود. در این مورد، از نقض یا تغییر در تعادل شیمیایی صحبت می شود.

هنگامی که هر یک از پارامترهای زیر تغییر می کند، تعادل شیمیایی در یک جهت یا جهت دیگر تغییر می کند:

دمای سیستم، یعنی زمانی که گرم یا سرد می شود
فشار در سیستم، یعنی زمانی که فشرده یا منبسط می شود
غلظت یکی از شرکت کنندگان در واکنش برگشت پذیر

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 3

✪ اصل Le Chatelier

✪ 84. اصل Le Chatelier. تغییر تعادل (قسمت 1)

✪ شیمی. درجه 11، 2014. جابجایی تعادل شیمیایی. مرکز آموزش آنلاین فاکسفورد

زیرنویس

فرض کنیم واکنشی داریم. مولکول A به علاوه مولکول B با مولکول های C به علاوه D... به علاوه D در تعادل دینامیکی است. این بدان معنی است که سرعت واکنش رو به جلو برابر با سرعت واکنش معکوس است. در اینجا غلظت های تعادلی A، B، C و D وجود خواهد داشت و اگر بخواهیم می توانیم ثابت تعادل را محاسبه کنیم. و باز هم تکرار میکنم این را قبلاً چهار بار گفته ام. فقط به این دلیل که سرعت واکنش رو به جلو با سرعت واکنش معکوس برابر است به این معنی نیست که همه غلظت ها برابر هستند. غلظت مولکول ها می تواند بسیار متفاوت باشد. آنها فقط تغییر نمی کنند زیرا سرعت واکنش یکسان است. با توجه به اینکه تعادل وجود دارد، اگر A بیشتری به سیستم اضافه کنم چه اتفاقی می افتد؟ بگذارید یادآوری کنم که او در تعادل بود. غلظت ها ثابت بود. اکنون A بیشتری را به سیستم اضافه می کنم. اکنون احتمال برخورد ذرات A و B (با وجود اینکه من مولکول B بیشتری اضافه نمی کنم) کمی بیشتر است، بنابراین احتمال وقوع واکنش مستقیم بیشتر است. با افزایش تعداد مولکول های A، برخورد با B بیشتر می شود، در نتیجه تعداد آنها کمی کمتر می شود. زیرا مصرف خواهند شد. در همان زمان، تعداد C و D به طور قابل توجهی افزایش می یابد، که مهم است. این چیزی است که اگر A اضافه شود اتفاق می افتد. آنها بیشتر با B برخورد می کنند و سرعت واکنش رو به جلو سریعتر از سرعت معکوس خواهد بود. واکنش به این سمت می رفت. سپس C و D بیشتر خواهد بود، آنها همچنین بیشتر با هم برخورد می کنند و واکنش در جهت مخالف پیش می رود. در نهایت، یک تعادل جدید پدیدار خواهد شد. نکته پایانی این است که شما A بیشتری در سمت چپ خواهید داشت، اما B کمی کمتر خواهید داشت، زیرا B را اضافه نکردید. B بیشتر صرف واکنش با Aهایی که اضافه کردید می شود. و سپس در حالت تعادل C و D بیشتری دریافت خواهید کرد. و اگر A و B بیشتر اضافه کنید... فرض کنید اگر B بیشتری اضافه کنید، واکنش شدیدتر به جلو می رود. این البته قابل درک است. بدیهی است که اگر این واکنش را با اضافه کردن از این طرف تحت تأثیر قرار دهید، طبیعتاً به سمتی می رود که اثر را از بین می برد. اگر A بیشتری اضافه کنید، A بیشتری خواهید داشت که به B ضربه می‌زند، و به آن جهت می‌رود و احتمالاً مقدار B بیشتری مصرف می‌کند. اگر هر دو نوع مولکول را اضافه کنید، واکنش کلی به آن سمت خواهد رفت. به همین ترتیب... باید واکنش را بازنویسی کنیم. یه رنگ دیگه A به علاوه B، C به علاوه D. اگر C بیشتری اضافه کنم (فکر می کنم منظور را در اینجا دریافت کنید)، چه اتفاقی می افتد؟ مقدار A و B افزایش می یابد و شاید کمی بیشتر D مصرف شود. سپس اگر C و D را اضافه کنید، مطمئناً A و B بسیار بیشتری وجود خواهد داشت. این اشتقاق بسیار واضح به نظر می رسد، اما نام خوبی دارد، به آن می گویند ... و به آن اصل Le Chatelier می گویند. لو شاتلیه. بنابراین، لو شاتلیه. من باید مراقب نحوه نوشتن باشم. می گوید وقتی روی واکنشی که در حالت تعادل است عمل می کنید، جهتی را ترجیح می دهد که این اثر را ضعیف کند. "تأثیر بر واکنش" برای مثال افزودن A بیشتر است و واکنش به سمت جلو می رود تا اثر این A افزایش یافته کاهش یابد. اثر در اینجا هر تغییری است. شما در حال تغییر یکی نسبت به دیگری هستید. و قبل از آن همه عناصر متعادل بودند. اجازه دهید برخی از موقعیت ها را با در نظر گرفتن اصل لو شاتلیه تحلیل کنیم. با توجه به A به علاوه B... A به علاوه B به علاوه گرما، خروجی C به علاوه D است. و به علاوه مقداری E. بیایید گرما را به این سیستم اضافه کنیم، ببینیم چه می شود. حرارت لازم است تا واکنش در جهت رو به جلو ادامه یابد. هر چه گرما بیشتر باشد، احتمال پیشرفت در جهت جلو بیشتر است. اصل لو شاتلیه بیان می کند که وقتی با افزودن گرما بر این واکنش تأثیر می گذاریم، واکنش جهتی را ترجیح می دهد که این تأثیر را از بین می برد. برای از بین بردن اثر (شما مقدار بیشتری در ورودی دارید)، مصرف A را افزایش می دهید. غلظت پایدار A با رسیدن به تعادل کاهش می یابد. مقدار B کاهش می یابد زیرا این مولکول ها به طور فعال تری مصرف می شوند. واکنش مستقیم سریعتر است. و تعداد C، D و E در حال افزایش است. اگر برعکس عمل کنید چه؟ باشه، حالا پاک کن... به جای اضافه کردن حرارت، گرما را حذف می کنی. دما را پایین بیاورید. بنابراین، اگر گرما را از بین ببرید، چه اتفاقی می‌افتد؟ غلبه در جهت دیگر وجود خواهد داشت، زیرا گرما در اینجا کمتر خواهد بود. حرارت کمتری برای ادامه واکنش وجود دارد و این سرعت شروع به تسلط بر این سرعت خواهد کرد. با کاهش دما، سرعت این واکنش کاهش می یابد و این یک افزایش می یابد، غلظت در این جهت تغییر می کند، یعنی واکنش معکوس غالب خواهد بود. حالا فشار را در نظر بگیرید. ما قبلاً به فرآیند هابر اشاره کردیم. و در اینجا واکنش برای فرآیند هابر است. گاز نیتروژن به اضافه 3 مول گاز هیدروژن در تعادل با 2 مول گاز آمونیاک. اگر به این سیستم فشار بیاورم چه اتفاقی می افتد؟ من فشار خواهم آورد. در این مورد چه اتفاقی می افتد؟ یک انقباض رخ می دهد، اگرچه حجم آن لزوما کاهش نمی یابد، اما باعث می شود همه مولکول ها به یکدیگر نزدیکتر شوند. اکنون که مولکول ها به هم نزدیک شده اند، اگر مولکول های کمتری در خروجی داشته باشیم، اثر فشار را می توان برداشت. حالا این نکته را برای شما توضیح می دهم. PV برابر با nRT است. ما بارها این را دیده ایم، درست است؟ می توانیم P را برابر nRT / V بنویسیم. اگر فشار را افزایش دهیم، چگونه می توانیم این اثر را حذف کنیم؟ اجازه دهید یادآوری کنم که اصل Le Chatelier می گوید که هر اتفاقی بیفتد، همه چیز برای کاهش تأثیر تلاش خواهد کرد. واکنش به سمتی خواهد رفت که تاثیر را کاهش دهد. اگر تعداد مولکول ها را کاهش دهیم، این باعث کاهش فشار می شود، درست است؟ برخورد مولکول های کمتری با یکدیگر وجود خواهد داشت. اگر در اینجا تعداد مولکول ها را کاهش دهیم. این بهترین راه برای نوشتن آن نیست، این یک برابری دقیق نیست، اما من از شما می خواهم که اینطور استدلال کنید. پس بهتره پاکش کنم این احتمالاً کاملاً واضح نبود. پس بیایید ادامه دهیم. من یه ظرف دارم... نه خیلی روشنه... نه همینطوره... پس ظرف اینجاست و من فشار آوردم. بگذارید 2 مولکول در یک ظرف داشته باشم، نه، 4 تا بهتر است و در اینجا فقط 2 مولکول وجود داشته باشد. در هر دو ظرف، واکنش می تواند بین این مولکول ها انجام شود. این 4 می توانند ترکیب شوند و 2 مولکول تشکیل دهند. من از مثال خود استفاده می کنم. مولکول نیتروژن همین مولکول آبی است. من آن را با رنگ دیگری هایلایت می کنم. این مولکول قهوه ای می تواند با 3 هیدروژن ترکیب شود. و این چیزی است که اتفاق می افتد. این روش دیگری برای نوشتن این واکنش است، شاید بیشتر بصری. حالا اگر به این سیستم فشار بیاورم... پس فشار را نوعی نیرویی می‌دانم که از هر طرف به منطقه وارد می‌شود. احتمال حذف کدام یک از این موقعیت ها بیشتر است؟ موقعیتی که در آن ما مولکول های کمتری داریم که با یکدیگر برخورد می کنند زیرا فشرده کردن آنها آسان تر از زمانی است که مولکول های زیادی با یکدیگر برخورد می کنند. این همه بسیار مشروط است، اما به شما درک می کند. اگر به سیستم فشار بیاورید ... اتفاقا این فلش به معنای کم شدن فشار نیست. به این معنی است که به سیستم فشار وارد می شود. اما هنگامی که فشار افزایش می یابد، کدام سمت واکنش غالب خواهد شد؟ واکنش طرفی را که مولکول های کمتری دارد به نفع خواهد بود. در این سمت 2 مولکول وجود دارد، اگرچه بدیهی است که مولکول های بزرگی خواهند بود، زیرا البته هیچ جرمی از بین نمی رود. و 4 مولکول در این سمت وجود دارد، درست است؟ 1 مول گاز نیتروژن و 3 مول هیدروژن. و فقط برای بازگرداندن آن به ایده ای که قبلاً با تعادل جنبشی دیدیم، بیایید فقط واکنشی مانند این را تصور کنیم. نشان دادن این که از اصل لو شاتلیه پیروی می کند، با همه چیزهایی که در مورد ثابت های تعادل آموخته ایم سازگار است. بنابراین در اینجا واکنش است. 2 مول یا فقط ضریب دو، 2 A به شکل گازی به اضافه B به شکل گازی با C در حالت گازی در تعادل هستند. فرض کنید در ابتدا غلظت مولی یا مولاریته A 2 است. و غلظت مولی B 6 است و سپس غلظت مولی C ما 8 است. برابر با 8 است. ثابت تعادل در اینجا چقدر است؟ ثابت تعادل حاصلضرب (غلظت C که برابر با 8 است) تقسیم بر 2 به مجذور آن، ضرب در 6 است. این برابر است با 8/24 که برابر با 1/3 است. فرض کنید A را هر چقدر هم که بیشتر باشد اضافه می کنیم تا با ریاضی اشتباه نگیریم. اما بعد از اضافه کردن A غلظت ما تغییر کرده است. اکنون، غلظت A مولاریته 3 است. ممکن است از خود بپرسید که آیا من مولاریته 1 را اضافه کردم یا خیر. من اضافه کردم احتمالا بیشتر از 1 مولاریته فقط هر چی اضافه کنم عکس العمل به سمت راست یعنی در جهت جلو می رود. بنابراین، برخی از اینها در اینجا بلعیده می شود و به این سمت می رود، اما بقیه اینجا خواهد بود. من می توانم حتی A های بیشتری را به این سیستم اضافه کنم. اما همه چیز بالای 1 جذب می شود و این غلظت تعادلی 3 باقی می ماند.من مجبور نبودم 1 اضافه کنم.می توانید بیشتر اضافه کنید. فرض کنید تعادل جدید ما با مولاریته 12 برای C است که با آنچه ما در مورد آن صحبت می کنیم مطابقت دارد. اگر مقداری A اضافه کنیم، غلظت C باید افزایش یابد و مشخص است که غلظت B باید کمی کاهش یابد، زیرا مقدار B بیشتر مصرف می شود، زیرا احتمال برخورد این مولکول ها با مولکول های A بیشتر است. بیایید ببینیم غلظت جدید B چقدر است. اجازه دهید یادآوری کنم که ثابت تعادل ثابت می ماند. ثابت تعادل ما اکنون برابر با غلظت C خواهد بود. در اینجا واکنش ما است. بنابراین مولاریته 12 است، من نمی نویسم واحدها تقسیم بر غلظت A جدیدمان 3 است. اما بیایید واکنش را به خاطر بسپاریم. ضریب A 2 است. بنابراین این 3 برابر غلظت جدید برای B است. هیچ فاکتوری در اینجا وجود ندارد، بنابراین لازم نیست نگران هیچ توانمندی باشم. حالا بیایید فقط بشماریم. بنابراین شما به 1/3 می رسید که 12/9 تقسیم بر B می شود. اگر به سادگی ضرب کنیم، 9 برابر غلظت B به دست می آوریم که 3 ضربدر 12 می شود که می شود 36. هر دو طرف معادله را بر 9 تقسیم کنید. غلظت B جدید 4 است یا مولاریته آن 4 است. بنابراین مولاریته B 4 است. ما A بیشتری به واکنش اضافه کرده ایم. ما با 2 مول برای A، 6 مول برای B و 8 برای C شروع کردیم. A را بیشتر اضافه کردیم، واکنش به آن سمت رفت، شاید کمی عقب و جلو رفت. اما در مولاریته 3 برای A، مولاریته 12 برای C تثبیت شد. بنابراین در C افزایش یافت. توجه کنید که غلظت تعادل پایدار ما از B کاهش یافته است، که با این بیانیه ما مطابقت دارد که واکنش در جهتی پیش می‌رود که C بیشتری تولید می‌کند، مصرف می‌کند. بیشتر ب. امیدوارم اکنون درک خوبی از کل طرح نظری برای تأثیرگذاری بر واکنش و اصل لو شاتلیه داشته باشید.

اثر دما

سمبل + سیا -ق، که در انتهای معادله ترموشیمیایی نوشته شده است، اثر حرارتی واکنش مستقیم را مشخص می کند. اندازه آن برابر با اثر حرارتی واکنش معکوس است، اما در علامت مخالف است.

اثر دما به علامت اثر حرارتی واکنش بستگی دارد. با افزایش دما، تعادل شیمیایی در جهت واکنش گرماگیر تغییر می کند و با کاهش دما، در جهت واکنش گرمازا تغییر می کند. در حالت کلی، هنگامی که دما تغییر می کند، تعادل شیمیایی به سمت فرآیند تغییر می کند، علامت تغییر آنتروپی که در آن با علامت تغییر دما همزمان است.

وابستگی دمای ثابت تعادل در سیستم های متراکم با معادله ایزوبار وانت هاف توصیف می شود:

(d ln⁡ KP d T) p = ΔH 0 RT 2 , (\displaystyle \left((\frac (d\ln K_(P))(dT))\راست)_(p)=(\frac ( \Delta H^(0))(RT^(2)))

در سیستم های دارای فاز گاز - معادله ایزوکور وانت هاف

(d ln⁡ K C d T) v = Δ U 0 R T 2 . (\displaystyle \left((\frac (d\ln K_(C))(dT))\right)_(v)=(\frac (\Delta U^(0))(RT^(2))) .)

در محدوده کوچکی از دما در سیستم های متراکم، رابطه بین ثابت تعادل و دما با معادله زیر بیان می شود:

Ln⁡ K P = - Δ H 0 R T + Δ S 0 R . (\displaystyle \ln K_(P)=-(\frac (\Delta H^(0))(RT))+(\frac (\Delta S^(0))(R)).)

به عنوان مثال، در واکنش سنتز آمونیاک

N 2 + 3 H 2 ⇄ 2 N H 3 + Q (\displaystyle (\mathsf (N_(2)+3H_(2)\rightflacks 2NH_(3)+Q)))

اثر حرارتی در شرایط استاندارد 92- کیلوژول بر مول است، واکنش گرمازا است، بنابراین، افزایش دما منجر به تغییر تعادل به سمت مواد اولیه و کاهش بازده محصول می‌شود.

تاثیر فشار

فشار به طور قابل توجهی بر موقعیت تعادل در واکنش های مربوط به مواد گازی تأثیر می گذارد که با تغییر حجم به دلیل تغییر در مقدار ماده در انتقال از مواد اولیه به محصولات همراه است:

با افزایش فشار، تعادل به سمتی تغییر می‌کند که تعداد کل مول‌های گازها کاهش می‌یابد و بالعکس.

در واکنش سنتز آمونیاک، مقدار گازها نصف می شود: N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

این بدان معنی است که با افزایش فشار، تعادل به سمت تشکیل NH 3 تغییر می کند، همانطور که داده های زیر برای واکنش سنتز آمونیاک در 400 درجه سانتیگراد نشان می دهد:

تاثیر گازهای بی اثر

ورود گازهای خنثی به مخلوط واکنش یا تشکیل گازهای بی اثر در طول واکنش، تأثیری مشابه کاهش فشار دارد، زیرا فشار جزئی واکنش دهنده ها کاهش می یابد. لازم به ذکر است که در این حالت گازی که در واکنش شرکت نمی کند به عنوان گاز بی اثر در نظر گرفته می شود. در سیستم‌هایی که تعداد مول‌های گاز کاهش می‌یابد، گازهای بی‌اثر تعادل را به سمت مواد اولیه تغییر می‌دهند، بنابراین، در فرآیندهای تولیدی که در آن گازهای خنثی می‌توانند تشکیل یا تجمع کنند، دمیدن دوره‌ای خطوط لوله گاز مورد نیاز است.

تاثیر تمرکز

تأثیر تمرکز بر وضعیت تعادل از قوانین زیر پیروی می کند:

با افزایش غلظت یکی از مواد اولیه، تعادل در جهت تشکیل محصولات واکنش (به سمت راست) تغییر می کند.
با کاهش غلظت یکی از محصولات واکنش، تعادل در جهت تشکیل مواد اولیه (به سمت چپ) تغییر می کند.

نقاط عطف اصلی زندگی نامه

لو شاتلیه در پاریس در خانواده یک مهندس معدن متولد شد. پدرش از کودکی علاقه به علم را در پسرش ایجاد کرد. مادر با جدیت و انضباط تحت شعار "نظم یکی از کامل ترین اشکال تمدن است" بزرگ شد. لو شاتلیه تحصیلات ابتدایی و متوسطه خود را در کالج رولان گذراند و همزمان در آکادمی نظامی تحصیل کرد.

تحصیلات خود را در مدرسه پلی تکنیک، بعدها - در مدرسه عالی معادن در پاریس. Le Chatelier در طول تحصیل خود برای A.E. سنت کلر دویل در آزمایشگاه، در سخنرانی های کالج دو فرانس شرکت کرد. او به علوم طبیعی، زبان های باستانی، مسائل مذهبی علاقه داشت.

او به عنوان مهندس معدن در بزانسون و در پاریس کار کرد.

در سال 1875 ازدواج کرد.

از 1878 تا 1919 - استاد مدرسه عالی معدن و تقریباً به طور همزمان (1898-1907) - استاد کالج دو فرانس.

1886 - شوالیه نشان لژیون افتخار.

بین 1907 و 1925 او در دانشگاه پاریس به عنوان استادیار و رئیس گروه شیمی مشغول به کار شد.

در سال 1898 او جانشین پل شوتزنبرگ در کالج دو فرانس شد و در آنجا شیمی معدنی تدریس کرد.

1907 - بازرس ارشد معادن.

از سال 1907 او عضو آکادمی علوم پاریس بود.

در سال 1916، انجمن سلطنتی لندن از Le Chatelier با مدال دیوی تقدیر کرد.

از سال 1931 - رئیس انجمن شیمی فرانسه. او عضو بسیاری از آکادمی‌های علوم و انجمن‌های علمی، از جمله عضو خارجی آکادمی علوم سن پترزبورگ و عضو افتخاری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی بود.

لو شاتلیه در سال 1936 در سن 85 سالگی درگذشت.

فعالیت علمی

مهمترین دستاوردهای علمی عبارتند از:

او فرآیندهای احتراق، اشتعال، انفجار، انفجار دمپ آتش (به همراه F. Mallar و P.E.M. Berthelot) را مطالعه کرد.
او روشی را برای تعیین ظرفیت حرارتی گازها در دماهای بالا پیشنهاد کرد.
او فرآیندهای شیمیایی و تکنولوژیکی را در متالورژی مطالعه کرد.
او قانون جابجایی تعادل شیمیایی را تدوین کرد که بر اساس آن تعادل در یک سیستم تعادلی تحت تأثیر خارجی در جهت مخالف این عمل تغییر خواهد کرد (اصل لو شاتلیه).
او یک پیرومتر ترموالکتریک طراحی کرد که امکان تعیین دمای اجسام را با رنگ آنها فراهم می کند. یک میکروسکوپ متالوگرافی ایجاد کرد که به مطالعه اجسام مات کمک می کند و روش شناسی مطالعه ساختار فلزات و آلیاژها را بهبود می بخشد.
وی تشابه بین محلول ها و آلیاژها را با بررسی رژیم دمایی تبلور سیستم های متشکل از دو فلز و دو نمک تایید کرد.
وی با مطالعه روش های تهیه و خواص سیمان، مشکلات پخت سیمان و سخت شدن آن را بررسی کرد. او نظریه "بلورسازی" - نظریه سخت شدن سیمان را ایجاد کرد.
او یک معادله ترمودینامیکی به دست آورد که رابطه بین دمای فرآیند انحلال، حلالیت و گرمای همجوشی یک ماده را ایجاد می کند.
ترموکوپل پلاتین-رودیوم را اختراع کرد.
او شرایط سنتز آمونیاک را کشف کرد.

تغییر در شرایط خارجی می تواند منجر به تغییر در پارامترها و توابع ترمودینامیکی شود که سیستم را مشخص می کند، در حالی که حالت تعادل مختل می شود. فرآیندها در سیستم شروع می شوند که منجر به یک حالت تعادل جدید با سایر پارامترهای تعادل می شود. بیایید این را با یک مثال نشان دهیم. راکتور حاوی مخلوطی از گازهای N 2، H 2 و NH 3 در حالت تعادل است:

اجازه دهید مقدار اضافی N 2 را تحت شرایط همدما وارد راکتور کنیم، به عنوان مثال. غلظت آن را افزایش دهد. ثابت - 2 است

وزین به=---^ بدون تغییر باقی می ماند، زیرا به آن بستگی ندارد

[M 2 PN 2] 3

از تمرکز این فقط در نتیجه تغییر مقادیر غلظت تعادل امکان پذیر است: افزایش منجر به کاهش [H2] به دلیل برهمکنش اضافی بخشی از هیدروژن معرفی شده با نیتروژن می شود، در حالی که بر این اساس افزایش می یابد. تغییر در پارامترهای یک سیستم که آن را از طریق جریان غالب فرآیندهای مستقیم یا معکوس به حالت تعادل جدیدی می رساند، نامیده می شود. تغییر تعادل شیمیاییبه ترتیب در جهت جلو یا معکوس. در مثال مورد بررسی، تعادل در جهت رو به جلو تغییر کرد.

مشکلات کیفی تغییر تعادل شیمیایی را می توان بدون محاسبات ترمودینامیکی یا جنبشی با استفاده از قانون فرموله شده در سال 1884 توسط Le Chatelier حل کرد.

این اصل Le Chatelier نامیده شد (مستقل از Le Chatelier، این اصل در سال 1887 توسط براون تدوین شد): اگر هر گونه تأثیر خارجی بر سیستمی که در حالت تعادل است اعمال شود، در نتیجه فرآیندهای موجود در سیستم، تعادل در جهتی تغییر می کند که منجر به کاهش تأثیر می شود.

در افزایش دادنغلظت هر ماده در حالت تعادل (به عنوان مثال، NH 3 در سیستم مورد بحث در بالا)، تعادل به سمت هزینهاین ماده (در جهت مخالف). در نزول کردنغلظت هر ماده (به عنوان مثال، H2)، تعادل به سمت تغییر می کند تحصیلاتاز این ماده (یعنی در این مورد نیز در جهت مخالف).

اجازه دهید تأثیر فشار بر فرآیند سنتز آمونیاک را در نظر بگیریم (4.51). اجازه دهید فشار در راکتور 2 برابر با فشرده سازی افزایش یابد. در شرایط همدما، حجم به نصف کاهش می یابد، بنابراین غلظت تمام اجزاء دو برابر می شود. قبل از تغییر فشار، سرعت واکنش رو به جلو بود

پس از کوچک شدن، او شد

آن ها 16 برابر افزایش یافته است. نرخ بازخورد نیز افزایش یافته است:

اما فقط 4 بار بنابراین، تعادل در جهت رو به جلو تغییر کرده است.

مطابق با اصل Le Chatelier، با افزایش فشار با فشرده سازی سیستم، تعادل به سمت کاهش تعداد مولکول های گاز تغییر می کند. در جهت کاهش فشار (در مثال بالا در جهت جلو). هنگامی که فشار کاهش می یابد، تعادل به سمت افزایش تعداد مولکول های گاز تغییر می کند، یعنی. در جهت افزایش فشار (در مثال بالا، در جهت مخالف). اگر واکنش بدون تغییر تعداد مولکول های گاز ادامه یابد، هنگام فشرده شدن یا انبساط سیستم، تعادل به هم نمی خورد. بنابراین، برای مثال، در سیستم

H 2 (g) + 1 2 (g) 2H1 (g) هنگامی که فشار تغییر می کند، تعادل مختل نمی شود. خروجی HI مستقل از فشار است.

فشار عملاً تأثیری بر تعادل واکنش هایی که بدون مشارکت فاز گاز رخ می دهند ندارد، زیرا مایعات و جامدات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. با این حال، در فشارهای بسیار بالا، تعادل به سمت یک بسته بندی متراکم تر از ذرات در شبکه کریستالی تغییر می کند. به عنوان مثال، گرافیت، یکی از تغییرات آلوتروپیک کربن (چگالی p \u003d 2.22 گرم بر سانتی متر 3)، با فشاری در حد 10 u Pa (10 5 atm) و دمای حدود 2000 درجه سانتیگراد، وارد می شود. الماس، اصلاح دیگری از کربن با اتم های بسته بندی متراکم تر (p \u003d 3.51 گرم در سانتی متر 3).

هنگامی که دما افزایش می یابد، تعادل در جهت واکنش گرماگیر تغییر می کند و هنگامی که کاهش می یابد، در جهت واکنش گرمازا تغییر می کند. برای مثال، سنتز آمونیاک (معادله 4.51) یک واکنش گرمازا است (DN^ 98 = -92.4 کیلوژول). بنابراین، با افزایش دما، تعادل در سیستم H 2 - N 2 - NH 3 به سمت چپ - به سمت تجزیه آمونیاک تغییر می کند، زیرا این فرآیند با جذب گرما ادامه می یابد. برعکس، سنتز اکسید نیتریک (II) یک واکنش گرماگیر است:

بنابراین، با افزایش دما، تعادل در N 2 - حدود 2- NO به سمت راست تغییر می کند - به سمت تشکیل N0.

ماهیت جابجایی تحت تأثیر تأثیرات خارجی را می توان با استفاده از اصل Le Chatelier پیش بینی کرد: اگر یک سیستم در تعادل از خارج تحت تأثیر قرار گیرد، آنگاه تعادل در سیستم به گونه ای تغییر می کند که تأثیر خارجی را تضعیف می کند.

1. تأثیر غلظت ها.

افزایش غلظت یکی از واکنش دهنده ها، تعادل واکنش را در جهت مصرف ماده تغییر می دهد.

کاهش غلظت در جهت تشکیل یک ماده است.

2. اثر دما.

افزایش دما تعادل را به سمت واکنشی که با جذب گرما ادامه می‌یابد (گرم‌آب) تغییر می‌دهد و کاهش دما تعادل را به سمت واکنشی که با انتشار گرما ادامه می‌یابد (گرماداز) تغییر می‌دهد.

3. تأثیر فشار.

افزایش فشار، تعادل را به سمت واکنشی که با کاهش حجم ادامه می‌یابد تغییر می‌دهد و برعکس، کاهش فشار به سمت واکنشی که با افزایش حجم ادامه می‌یابد تغییر می‌دهد.

3.1. نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1اگر فشار 4 برابر افزایش یابد، سرعت واکنشی که در یک ظرف بسته انجام می شود چگونه تغییر می کند؟

2NO (g.) + O 2 (g.) \u003d 2NO 2

راه حل: افزایش 4 برابر فشار یعنی افزایش غلظت گازها به همان میزان.

قبل از افزایش فشار، سرعت واکنش را تعیین کنید.

V 1 \u003d K * C 2 NO * CO 2

سرعت واکنش را پس از افزایش فشار تعیین کنید.

V 2 \u003d K * (4C NO) 2 * (4CO 2) \u003d 64 K * C 2 NO * CO 2

تعیین کنید که سرعت واکنش چند برابر افزایش یافته است

V2 = 64*K*C 2 نه *CO 2 = 64

V1 K*C2 NO*CO2

پاسخ: سرعت واکنش 64 برابر افزایش یافت.

مثال 2سرعت واکنش با افزایش دما از 20 درجه سانتیگراد به 50 درجه سانتیگراد چند برابر افزایش می یابد. ضریب دما 3 است.

راه حل: طبق قانون Van't - Hoff Vt 2 \u003d Vt 1 *γ T 2 -T 1 / 10

با توجه به شرایط مشکل باید مشخص شود Vتی 2

داده ها را در فرمول جایگزین کنید:

Vتی 2 \u003d γ T 2 - T 1 / 10 \u003d 3 (50-20) / 10 \u003d 3 3 \u003d 27

پاسخ: سرعت واکنش 27 برابر افزایش یافت.

مثال 3محاسبه ثابت تعادل واکنش از غلظت های تعادلی واکنش دهنده ها و تعیین غلظت اولیه آنها.

در سنتز آمونیاک N 2 + 3H 2 == 2NH 3، تعادل در غلظت های زیر از واکنش دهنده ها (مول در لیتر) برقرار شد: C N 2 = 2.5. CH2 = 1.8; CNH 3 = 3.6. ثابت تعادل این واکنش و غلظت نیتروژن و هیدروژن را محاسبه کنید.

راه حل: ثابت تعادل این واکنش را تعیین می کنیم:

K*C= سی 2 NH 3 = (3,6) 2 = 0,89

C N 2 * C 3 H 3 2.5 * (1.8) 3

غلظت اولیه نیتروژن و هیدروژن بر اساس معادله واکنش یافت می شود. تشکیل دو مول NH 3 یک مول نیتروژن مصرف می کند و تشکیل 3.6 مول آمونیاک به 3.6/2=1.8 مول نیتروژن نیاز دارد. با توجه به غلظت تعادلی نیتروژن،

غلظت اولیه آن را پیدا کنید:

C exN 2 \u003d 2.5 + 1.8 \u003d 4.3 mol / l

برای تشکیل دو مول NH3 باید 3 مول هیدروژن مصرف شود و سهم بدست آوردن 3.6 مول آمونیاک لازم است.

3 * 3.6 / 2 \u003d 5.4 مول.

C refH 2 \u003d 1.8 + 5.4 \u003d 7.2 مول در لیتر

پاسخ: C N 2 \u003d 4.3

مثال 4ثابت تعادل یک سیستم همگن

CO (g) + H 2 O (g) \u003d\u003d CO 2 (گرم) + H 2 (گرم)

در 850 0 C برابر است با 1. غلظت همه مواد در حالت تعادل را محاسبه کنید اگر غلظت های اولیه عبارتند از: ref = 3 mol/l، ref = 2 mol/l.

راه حل: در حالت تعادل، سرعت واکنش های مستقیم و معکوس برابر است و نسبت ثابت های این سرعت ها نیز یک مقدار ثابت است و ثابت تعادل سیستم داده شده نامیده می شود:

V pr \u003d K 1;

V arr \u003d K 2;

K برابر است = ک 1 =

در شرایط مسئله، غلظت‌های اولیه داده می‌شود، در حالی که عبارت K برابر فقط شامل غلظت‌های تعادلی همه مواد در سیستم می‌شود. فرض کنید در لحظه تعادل غلظت برابر با = x mol/l باشد. با توجه به معادله سیستم، تعداد مول های هیدروژن تشکیل شده در این حالت نیز x mol / l خواهد بود. با همان تعداد مول (x mol / l) CO و H 2 O برای تشکیل x مول CO 2 و H 2 مصرف می شود. بنابراین، غلظت تعادل هر چهار ماده به صورت زیر خواهد بود:

برابر \u003d [H 2] برابر \u003d x mol / l،

برابر \u003d (3 - x) مول در لیتر،

[H 2 O] برابر است با = (2 - x) mol / l.

با دانستن ثابت تعادل، مقدار x و سپس غلظت اولیه همه مواد را می یابیم:

1 = ایکس 2

x 2 \u003d 6 - 2x - 3x + x 2; 5x = 6، x = 1.2 mol/l

بنابراین، غلظت های تعادلی مورد نظر عبارتند از:

برابر = 1.2 mol/l.

[H 2] برابر با 1.2 مول در لیتر است.

برابر \u003d 3 - 1.2 \u003d 1.8 مول در لیتر.

[H 2 O] برابر است \u003d 2 - 1.2 \u003d 0.8 mol / l.

مثال 5واکنش گرماگیر تجزیه پنتا کلرید فسفر طبق رابطه زیر انجام می شود:

PCl 5 (g) == PCl 3 (g) + Cl 2 (g); ΔН = + 129.7 کیلوژول.

نحوه تغییر: الف) دما، ب) فشار. ج) غلظت به منظور تغییر تعادل در جهت واکنش مستقیم - تجزیه PCl 5؟

راه حل: تغییر یا تغییر در تعادل شیمیایی، تغییر در غلظت تعادل واکنش دهنده ها در نتیجه تغییر در یکی از شرایط واکنش است. جهتی که تعادل در آن تغییر کرده است با اصل Le Chatelier تعیین می شود: الف) از آنجایی که واکنش تجزیه PC1 5 گرماگیر است (ΔΝ> 0)، برای تغییر تعادل به سمت واکنش مستقیم، افزایش دما ضروری است. 6) از آنجایی که تجزیه PCl 5 در این سیستم منجر به افزایش حجم می شود (دو مولکول گازی از یک مولکول گاز تشکیل می شود)، بنابراین برای تغییر تعادل به سمت یک واکنش مستقیم، باید فشار را کاهش داد. ج) تغییر تعادل در جهت نشان داده شده را می توان هم با افزایش غلظت PCl 5 و هم با کاهش غلظت PCl 3 یا Cl 2 به دست آورد.