Le Chatelier'in temel formülü. Le Chatelier prensibi

Oluşturulduğu parametreler sabit olduğu sürece değişmeden kalır. Koşullar değiştiğinde denge bozulur. Bir süre sonra, yeni bir hız eşitliği ve tüm maddelerin yeni denge konsantrasyonları ile karakterize edilen sistemde tekrar denge oluşur.

Bir sistemin bir denge durumundan diğerine geçiş sürecine kimyasal dengenin yer değiştirmesi veya kayması denir.

Değişen koşullar ileri ve geri reaksiyonların oranlarını farklı şekillerde etkilediği için denge şu veya bu yöne kayar. Denge, denge bozulduğunda hızı artan reaksiyon yönünde kayar. Örneğin, dış koşullar değiştiğinde, ileri tepkimenin hızı geri tepkimenin hızından daha büyük olacak şekilde denge bozulursa (V ® > V ¬), o zaman denge sağa kayar.

Genel olarak, denge kaymasının yönü Le Chatelier ilkesiyle belirlenir: Denge durumundaki bir sisteme bir dış etki uygulanırsa, denge dış etkinin etkisini zayıflatan yöne kayar.

Denge kayması şunlardan kaynaklanabilir:

sıcaklık değişimi;

Reaktiflerden birinin konsantrasyonundaki değişiklik;

Basınçta değişiklik.

Bu faktörlerin her birinin kimyasal denge durumu üzerindeki etkisi üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Sıcaklık değişimi. Sıcaklıktaki bir artış, endotermik sürecin hız sabitinde (DH 0 T > 0 ve DU 0 T > 0) bir artışa ve ekzotermik sürecin (DH 0 T) hız sabitinde bir azalmaya neden olur.< 0 и DU 0 Т < 0), следовательно, sıcaklık arttığında denge endotermik reaksiyona, sıcaklık düştüğünde ekzotermik reaksiyona geçer.

Örneğin:

N 2 (g) + 3H 2 (g) Û 2NH 3 (g) DH 0 T \u003d -92.4 kJ / mol, yani. doğrudan süreç ekzotermiktir, bu nedenle artan sıcaklıkla denge sola kayar (ters reaksiyon yönünde).

Konsantrasyonda değişiklik. Herhangi bir maddenin konsantrasyonundaki bir artışla, denge bu maddenin tüketimine doğru kayar ve herhangi bir maddenin konsantrasyonundaki bir azalma, dengeyi oluşumuna doğru kaydırır.

Örneğin, 2HCl (g) Û H 2(g) + Cl 2(g) reaksiyonu için, hidrojen klorür konsantrasyonundaki bir artış, dengenin sağa kaymasına yol açar (doğrudan reaksiyon yönünde) . Aynı sonuç, hidrojen veya klor konsantrasyonu azaltılarak da elde edilebilir.

Basınçta değişiklik. Reaksiyona birkaç gaz halinde madde katılıyorsa, artan basınçla, denge gaz karışımında daha az sayıda gaz halinde madde oluşumuna ve buna bağlı olarak sistemdeki basınçta bir azalmaya doğru kayar. Tersine, basınç düştüğünde, denge sistemdeki basıncın artmasına neden olan daha fazla mol gaz oluşumuna doğru kayar.

Örnek:

N 2(g) + 3H 2(g) Û 2NH 3(g) .

1 mol + 3 mol Û 2 mol

Sistemdeki basınç artışı ile bu reaksiyonun dengesi sağa kayar (doğrudan reaksiyon yönünde).

Aynı sayıda gaz halindeki madde ileri ve geri reaksiyonlara katılırsa, basınçtaki bir değişiklik kimyasal dengede bir kaymaya neden olmaz.

Katalizör denge kaymasını etkilemez, sadece kimyasal dengenin başlamasını hızlandırır.

İlke, herhangi bir yapıdaki dengeye uygulanabilir: mekanik, termal, kimyasal, elektrik (Lenz etkisi, Peltier fenomeni).

Dış koşullar değişirse, bu, maddelerin denge konsantrasyonlarında bir değişikliğe yol açar. Bu durumda, kimyasal dengede bir ihlal veya kaymadan söz edilir.

Aşağıdaki parametrelerden herhangi biri değiştiğinde kimyasal denge şu veya bu yöne kayar:

1. sistemin sıcaklığı, yani ısıtıldığında veya soğutulduğunda
2. sistemdeki basınç, yani sıkıştırıldığında veya genişletildiğinde
3. geri dönüşümlü reaksiyondaki katılımcılardan birinin konsantrasyonu

Ansiklopedik YouTube

1 / 3

✪ Le Chatelier prensibi

✪ 84. Le Chatelier ilkesi. Dengede kayma (bölüm 1)

✪ Kimya. 11. Sınıf, 2014. Kimyasal dengenin yer değiştirmesi. Foxford Çevrimiçi Öğrenim Merkezi

Altyazılar

Diyelim ki bir tepkimiz var. A molekülü artı B molekülü, C artı D... artı D molekülleri ile dinamik dengededir. Bu, ileri reaksiyon hızının geri reaksiyon hızına eşit olduğu anlamına gelir. Burada A, B, C ve D'nin bazı denge konsantrasyonları olacak ve istersek denge sabitini hesaplayabiliriz. Ve tekrar tekrar edeceğim. Bunu daha önce dört kez söyledim. İleri reaksiyon hızının ters reaksiyon hızına eşit olması, tüm konsantrasyonların eşit olduğu anlamına gelmez. Moleküllerin konsantrasyonları çok farklı olabilir. Sadece değişmezler çünkü reaksiyon hızları aynıdır. Bir denge olduğuna göre, sisteme daha fazla A eklersem ne olur? Dengede olduğunu hatırlatmama izin verin. Konsantrasyonlar sabitti. Şimdi sisteme daha fazla A ekliyorum. Şimdi A ve B parçacıklarının (daha fazla B molekülü eklemememe rağmen) çarpışma olasılığı biraz daha yüksek, bu nedenle doğrudan reaksiyonun gerçekleşmesi daha olası. A moleküllerinin sayısı arttıkça B ile daha fazla çarpışma olacak ve sonuç olarak onlardan biraz daha az olacak. Çünkü tüketilecekler. Aynı zamanda, C ve D sayısı belirgin şekilde artacaktır, ki bu önemli. A eklenirse olacağı budur, B ile daha çok çarpışırlar ve ileri tepkimenin hızı, geri tepkinin hızından daha hızlı olurdu. Tepki o yönde olurdu. O zaman daha fazla C ve D olurdu, ayrıca daha sık çarpışırlardı ve tepki ters yönde olurdu. Sonunda, yeni bir denge ortaya çıkacaktı. Sonuç olarak, solda daha fazla A olacak, ancak B'yi eklemediğiniz için biraz daha az B olacak. Eklediğiniz bu A ile reaksiyona girmek için daha fazla B harcanacak. Ve sonra dengede daha fazla C ve D elde edeceksiniz. Ve eğer daha fazla A ve daha fazla B eklerseniz... Diyelim ki daha fazla B eklerseniz, reaksiyon daha da şiddetli ilerleyecektir. Bu, elbette, anlaşılabilir. Açıkçası, bu reaksiyonu bu tarafa ekleyerek etkilerseniz, doğal olarak etkiyi ortadan kaldıran yöne gidecektir. Daha fazla A eklerseniz, B'ye daha fazla A vurursunuz ve o yöne gidecek ve muhtemelen biraz daha fazla B tüketecektir. Her iki tür molekülü de eklerseniz, genel reaksiyon bu yönde ilerleyecektir. Aynı şekilde... Tepkiyi yeniden yazmamız gerekiyor. Başka bir renk. A artı B, C artı D. Daha fazla C eklersem (sanırım buradaki noktayı anladınız), ne olur? A ve B miktarı artacak ve belki biraz daha fazla D tüketilecek. O zaman C ve D'yi eklerseniz, elbette çok daha fazla A ve B olacaktır. Bu türetme oldukça açık görünüyor, ama güzel bir adı var, adı... ve buna Le Chatelier ilkesi deniyor. Le Chatelier. Yani, Le Chatelier. Nasıl yazdığıma dikkat etmeliyim. Dengede olan bir reaksiyona göre hareket ettiğinizde, bu etkiyi zayıflatan yönü tercih edeceğini söylüyor. "Bir tepkimeyi etkilemek" örneğin daha fazla A eklemektir ve tepkime bu artan A'nın etkisini azaltmak için ileri yönde gidecektir. Buradaki etki herhangi bir değişikliktir. Birini diğerine göre değiştiriyorsun. Ve ondan önce, tüm unsurlar dengelendi. Le Chatelier ilkesini dikkate alarak bazı durumları analiz edelim. A artı B... A artı B artı ısı verildiğinde, çıktı C artı D. Ve artı biraz E. Bu sisteme ısı ekleyelim, bakalım ne olacak. Reaksiyonun ileri yönde ilerlemesi için ısı gereklidir. Daha fazla ısı, ileri yönde ilerleme olasılığı daha yüksektir. Le Chatelier ilkesi, bu reaksiyonu ısı ekleyerek etkilediğimizde, reaksiyonun bu etkiyi ortadan kaldıran yönü tercih edeceğini belirtir. Efekti ortadan kaldırmak için (girişte bundan daha fazlası var), A tüketimini artıracaksınız. Dengeye ulaşıldığında A'nın kararlı konsantrasyonu azalacaktır. Bu moleküller daha aktif olarak tüketileceğinden B miktarı azalacaktır. Doğrudan reaksiyon daha hızlıdır. Ve C, D ve E sayısı artıyor. Peki ya tersini yaparsan? Tamam, şimdi sil... Isı eklemek yerine ısıyı kaldırıyorsun. Sıcaklığı düşürün. Peki, ısıyı uzaklaştırırsanız ne olur? Diğer yönde baskınlık olacak çünkü burada daha az ısı olacak. Reaksiyonun ilerlemesi için daha az ısı vardır ve bu hız bu hıza hakim olmaya başlayacaktır. Sıcaklık azaldıkça, bu reaksiyonun hızı düşecek ve bu artacak, konsantrasyon bu yönde değişecek, yani ters reaksiyon baskın olacaktır. Şimdi baskıyı düşünün. Haber sürecinden daha önce bahsetmiştik. İşte Haber sürecine tepki. Azot gazı artı 3 mol hidrojen gazı, 2 mol amonyak gazı ile dengede. Bu sisteme baskı uygularsam ne olur? baskı uygulayacağım. Bu durumda ne olur? Hacim mutlaka azalmasa da bir büzülme meydana gelir, ancak tüm moleküllerin birbirine daha yakın olma eğiliminde olmasına neden olur. Moleküller birbirine yakın olduğuna göre, çıkışta daha az molekül alırsak basıncın etkisi kaldırılabilir. Şimdi size bu noktayı açıklayacağım. PV, nRT'ye eşittir. Bunu defalarca gördük, değil mi? nRT/V'ye eşit P yazabiliriz. Basıncı arttırırsak bu etkiyi nasıl kaldırabiliriz? Le Chatelier ilkesinin, ne olursa olsun, her şeyin etkiyi azaltmak için çaba göstereceğini söylediğini hatırlatmama izin verin. Tepki, etkiyi azaltan yönde ilerleyecektir. Molekül sayısını azaltırsak, bu basıncı da azaltır, değil mi? Birbiriyle çarpışan daha az molekül olacaktır. Buradaki molekül sayısını azaltırsak. Bunu yazmanın en iyi yolu bu değil, tam bir eşitlik değil ama böyle akıl yürütmenizi istiyorum. O yüzden silsem iyi olacak. Bu muhtemelen tam olarak açık değildi. Öyleyse devam edelim. Bir kabım var... Hayır, çok parlak... Hayır, aynı... İşte kap burada ve üzerine baskı uyguluyorum. Bir kapta 2 molekül olsun, hayır, 4 tane daha iyi ve burada sadece 2 molekül olsun. Her iki kapta da reaksiyon bu moleküller arasında gidebilir. Bu 4 molekül birleşip 2 molekül oluşturabilir. Örneğimizi kullanıyorum. Azot molekülü bu mavi moleküldür. Farklı bir renkle vurgulayacağım. Bu kahverengi molekül 3 hidrojen ile birleşebilir. Ve olan bu. Bu, belki de daha görsel olarak, bu tepkiyi yazmanın başka bir yolu. Şimdi, bu sisteme basınç uygularsam... Yani, basıncı bölgeye her yönden etki eden bir tür kuvvet olarak düşünüyorum. Bu durumlardan hangisinin kaldırılması daha olasıdır? Birbiriyle çarpışan çok sayıda molekülün olduğu duruma göre onları sıkıştırmanın daha kolay olduğu için, daha az molekülün birbiriyle çarpıştığı bir durum. Hepsi çok şartlı, ama size bir anlayış veriyor. Sisteme basınç uygularsanız... Bu arada bu ok, basıncın azaldığını göstermez. Bu, sisteme basınç uygulandığı anlamına gelir. Fakat basınç arttığında, reaksiyonun hangi tarafı galip gelecek? Reaksiyon, daha az moleküllü tarafı tercih edecektir. Bu tarafta 2 molekül var, her ne kadar büyük moleküller olacakları açık, çünkü tabii ki kütle kaybı yok. Ve bu tarafta 4 molekül var, değil mi? 1 mol nitrojen gazı ve 3 mol hidrojen. Kinetik denge konusunda daha önce gördüğümüz fikre geri getirmek için, şöyle bir reaksiyon hayal edelim. Le Chatelier ilkesine uyduğunu göstermek, denge sabitleri hakkında öğrendiğimiz her şeyle tutarlıdır. İşte tepki. 2 mol veya sadece iki faktörü, gaz halinde 2 A artı gaz halinde B, gaz halinde C ile dengededir. Diyelim ki başlangıçta A'nın molar konsantrasyonu veya molaritesi 2'dir. Ve B'nin molar konsantrasyonu 6'dır ve sonra C'nin molar konsantrasyonumuz 8'dir. 8'lere eşittir. Buradaki denge sabiti nedir? Denge sabiti, çarpımdır (8 olan konsantrasyon C), buna bağlı olarak 2'nin karesine bölünür, 6 ile çarpılır. Bu, 8/24'e eşittir, yani 1/3'e eşittir. Diyelim ki matematikle karıştırılmaması için ne kadar fazla olursa olsun daha fazla A ekledik. Ama A ekledikten sonra konsantrasyonumuz değişti. Şimdi, A'nın konsantrasyonu molarite 3'tür. Kendinize molarite 1 ekleyip eklemediğimi soruyor olabilirsiniz. Hayır. Ekledim, muhtemelen 1 molariteden fazla.Sadece ne eklersem ekleyeyim tepki sağa yani ileri yöne kayacak. Yani, buradakilerin bir kısmı yutulacak ve bu yöne gidecek, ama geri kalanı burada olacak. Bu sisteme daha da fazla A ekleyebilirim. Ama 1'in üzerindeki her şey emilir ve bu 3'lük denge konsantrasyonu kalır.1 eklemek zorunda değildim. Daha fazlasını ekleyebilirsiniz. Diyelim ki yeni dengemiz, bahsettiğimiz şeyle uyumlu olan, C için molarite 12'dir. Biraz A eklersek, o zaman C konsantrasyonu artmalıdır ve B konsantrasyonunun biraz azalması gerektiği açıktır, çünkü biraz daha fazla B tüketilecektir, çünkü bu moleküllerin daha fazla A molekülü ile çarpışması daha olası olacaktır. Yeni konsantrasyon B'nin ne olduğuna bakalım. Denge sabitinin sabit kaldığını size hatırlatayım. Denge sabitimiz şimdi C konsantrasyonuna eşit olacaktır. İşte reaksiyonumuz. Molarite 12, birimleri yeni A konsantrasyonumuza bölerek 3 yazmayacağım. Ama reaksiyonu hatırlayalım. A'nın çarpanı 2'dir. Yani bu, B'nin yeni konsantrasyonunun 3 katıdır. Burada çarpan yok, bu yüzden üsler hakkında endişelenmeme gerek yok. Şimdi sadece sayalım. Yani 1/3, yani 12/9 bölü B ile sonuçlanır. Basitçe çarparsak, 9 çarpı B konsantrasyonu, yani 3 çarpı 12, yani 36 elde ederiz. Denklemin her iki tarafını da 9'a bölün. Yeni konsantrasyon B 4'tür veya molarite 4'tür. Yani B'nin molaritesi 4'tür. Reaksiyona daha fazla A ekledik. A için 2 mol, B için 6 mol ve C için 8 ile başladık. Daha fazla A ekledik, reaksiyon o yönde gitti, belki biraz ileri geri gitti. Fakat A için 3 molaritede, C için molarite 12'de stabilize edildi. Böylece C'de bir artış oldu. Reaksiyonun daha fazla C üreten yönde ilerlediği ve tükettiği yönündeki ifademizle tutarlı olan kararlı denge B konsantrasyonumuzun azaldığına dikkat edin. devamı B. Umarım şimdi reaksiyonu ve Le Chatelier ilkesini etkilemek için tüm teorik şemayı iyi anlamışsınızdır.

Sıcaklık etkisi

sembol +Q veya -Q termokimyasal denklemin sonunda yazılan , doğrudan reaksiyonun termal etkisini karakterize eder. Ters reaksiyonun termal etkisine büyüklük olarak eşittir, ancak işaret olarak zıttır.

Sıcaklığın etkisi, reaksiyonun termal etkisinin işaretine bağlıdır. Sıcaklık yükseldikçe, kimyasal denge endotermik tepkime yönüne kayar ve sıcaklık düştükçe ekzotermik tepkime yönüne kayar. Genel durumda, sıcaklık değiştiğinde, kimyasal denge sürece doğru kayar, entropideki değişimin işareti, sıcaklıktaki değişimin işaretiyle çakışır.

Yoğunlaştırılmış sistemlerde denge sabitinin sıcaklığa bağımlılığı van't Hoff izobar denklemi ile tanımlanır:

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

gaz fazlı sistemlerde - van't Hoff izokor denklemi

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

Yoğunlaştırılmış sistemlerde küçük bir sıcaklık aralığında, denge sabiti ile sıcaklık arasındaki ilişki aşağıdaki denklemle ifade edilir:

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)))

Örneğin, amonyak sentez reaksiyonunda

standart koşullar altında termal etki -92 kJ/mol'dür, reaksiyon ekzotermiktir, bu nedenle sıcaklıktaki bir artış, dengenin başlangıç ​​malzemelerine doğru kaymasına ve ürün veriminde bir azalmaya yol açar.

Basınç etkisi

Basınç, gaz halindeki maddeleri içeren reaksiyonlarda denge konumunu önemli ölçüde etkiler, buna başlangıç ​​maddelerinden ürünlere geçişte madde miktarındaki bir değişiklik nedeniyle hacimdeki bir değişiklik eşlik eder:

Basınç arttığında, denge gazların toplam mol sayısının azaldığı yöne kayar ve bunun tersi de geçerlidir.

Amonyak sentez reaksiyonunda gazların miktarı yarıya iner: N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Bu, 400 ° C'de amonyak sentezi reaksiyonu için aşağıdaki verilerle kanıtlandığı gibi, artan basınçla dengenin NH3 oluşumuna doğru kaydığı anlamına gelir:

İnert gazların etkisi

Reaksiyon karışımına inert gazların eklenmesi veya reaksiyon sırasında inert gazların oluşumu, reaktanların kısmi basıncı düşürüldüğünden, basıncın düşürülmesiyle aynı etkiye sahiptir. Bu durumda reaksiyona katılmayan bir gazın inert gaz olarak kabul edildiğine dikkat edilmelidir. Gazların mol sayısının azaldığı sistemlerde, inert gazlar dengeyi başlangıç ​​malzemelerine kaydırır, bu nedenle inert gazların oluşabileceği veya birikebileceği üretim süreçlerinde gaz boru hatlarının periyodik olarak üflenmesi gerekir.

konsantrasyonun etkisi

Konsantrasyonun denge durumu üzerindeki etkisi aşağıdaki kurallara uyar:

• Başlangıç ​​maddelerinden birinin konsantrasyonundaki artışla denge, reaksiyon ürünlerinin oluşumu yönünde (sağa doğru) kayar;
• Reaksiyon ürünlerinden birinin konsantrasyonunda bir azalma ile denge, başlangıç ​​maddelerinin oluşumu yönünde (sola doğru) kayar.

Biyografinin ana kilometre taşları

Le Chatelier, Paris'te bir maden mühendisi ailesinde doğdu. Küçük yaşlardan itibaren babası, oğluna bilime ilgi duymaya başladı. Annem, "Düzen, medeniyetin en mükemmel biçimlerinden biridir" sloganıyla ciddiyet ve disiplin içinde büyüdü. Le Chatelier, ilk ve orta öğrenimini Rolland College'da, aynı zamanda Harp Akademisi'nde okudu.

Politeknik Okulu'nda, daha sonra - Paris'teki Maden Yüksek Okulu'nda eğitim gördü. Çalışmaları sırasında Le Chatelier, A.E. St. Clair Deville laboratuvarda, College de France'da derslere katıldı. Doğa bilimlerine, eski dillere, dini konulara düşkündü.

Besançon'da ve Paris'te maden mühendisi olarak çalıştı.

1875 yılında evlendi.

1878'den 1919'a kadar - Yüksek Madencilik Okulu'nda profesör ve neredeyse aynı anda (1898-1907) - College de France'da profesör.

1886 - Onur Lejyonu Nişanı Şövalyesi.

1907 ve 1925 arasında Paris Üniversitesi'nde yardımcı doçent ve kimya bölümü başkanı olarak çalıştı.

1898'de inorganik kimya öğrettiği Collège de France'da Paul Schützenberg'in yerine geçti.

1907 - mayın baş müfettişi.

1907'den beri Paris Bilimler Akademisi üyesiydi.

1916'da Londra Kraliyet Cemiyeti, Le Chatelier'i Davy Madalyası ile onurlandırdı.

1931'den beri - Fransız Kimya Derneği Başkanı. Petersburg Bilimler Akademisi'nin yabancı bir karşılık gelen üyesi ve SSCB Bilimler Akademisi'nin onursal üyesi de dahil olmak üzere birçok bilim akademisi ve bilim derneğinin üyesiydi.

Le Chatelier 1936'da 85 yaşında öldü.

Bilimsel aktivite

Başlıca bilimsel başarılar şunları içerir:

1. F. Mallar ve P.E.M. Berthelot ile birlikte yanma, tutuşma, patlamalar, gaz bombasının patlaması süreçlerini inceledi.
2. Yüksek sıcaklıklarda gazların ısı kapasitelerini belirlemek için bir yöntem önerdi.
3. Metalurjide kimyasal ve teknolojik süreçler okudu.
4. Kimyasal dengenin yer değiştirme yasasını formüle etti, buna göre bir denge sistemindeki dış etki altında denge bu eylemin tersi yönde kayacak (Le Chatelier ilkesi).
5. Vücutların sıcaklığını renklerine göre belirlemeyi mümkün kılan bir termoelektrik pirometre tasarladı; opak cisimleri incelemeye yardımcı olan bir metalografik mikroskop yarattı, metallerin ve alaşımların yapısını incelemek için metodolojiyi geliştirdi.
6. İki metal ve iki tuzdan oluşan sistemlerin kristalizasyon sıcaklık rejimini inceleyerek çözeltiler ve alaşımlar arasındaki benzerliği doğruladı.
7. Çimento hazırlama yöntemlerini ve özelliklerini inceledi, çimento pişirme ve sertleşme problemlerini araştırdı. Çimento sertleşmesi teorisi olan "kristalleşme" teorisini yarattı.
8. Çözünme sürecinin sıcaklığı, bir maddenin çözünürlüğü ve füzyon ısısı arasındaki ilişkiyi kuran bir termodinamik denklem çıkardı.
9. Platin-rodyum termokupl icat etti.
10. Amonyak sentezi için koşulları keşfetti.

Dış koşullardaki bir değişiklik, denge durumu bozulurken, sistemi karakterize eden termodinamik parametrelerde ve fonksiyonlarda bir değişikliğe yol açabilir. Sistemde süreçler başlar ve diğer denge parametreleriyle yeni bir denge durumuna yol açar. Bunu bir örnekle gösterelim. Reaktör, denge durumunda N2, H2 ve NH3 gazlarının bir karışımını içerir:

İzotermal koşullar altında reaktöre ek bir miktar N2 verelim, yani. konsantrasyonunu arttır. sabit - 2

ağır İLE=---^ bağlı olmadığı için değişmeden kalacaktır.

[M 2 PN 2] 3

konsantrasyondan. Bu, yalnızca denge konsantrasyonlarının değerlerindeki bir değişikliğin bir sonucu olarak mümkündür: bir artış, eklenen hidrojenin bir kısmının azot ile ek etkileşimi nedeniyle [H 2 ]'de bir azalmaya yol açarken, . Doğrudan veya ters süreçlerin baskın akışı yoluyla onu yeni bir denge durumuna getiren bir sistemin parametrelerindeki değişikliğe denir. kimyasal denge kayması sırasıyla ileri veya geri yönde. Söz konusu örnekte, denge ileri yönde kaymıştır.

Değişen kimyasal dengenin niteliksel problemleri, 1884'te Le Chatelier tarafından formüle edilen kural kullanılarak termodinamik veya kinetik hesaplamalar olmadan çözülebilir.

Buna Le Chatelier ilkesi adı verildi (Le Chatelier'den bağımsız olarak, bu ilke 1887'de Brown tarafından formüle edildi): Denge durumundaki bir sisteme herhangi bir dış etki uygulanırsa, sistemdeki süreçlerin bir sonucu olarak, denge etkinin azalmasına yol açacak yönde değişecektir.

saat artırmak dengedeki herhangi bir maddenin konsantrasyonu (örneğin, yukarıda tartışılan sistemdeki NH3), denge şu yöne kayar: masraf bu madde (ters yönde). saat azaltmak herhangi bir maddenin konsantrasyonu (örneğin, H 2), denge doğru kayar Eğitim bu maddenin (yani bu durumda da ters yönde).

Basıncın amonyak sentezi süreci üzerindeki etkisini düşünelim (4.51). Reaktördeki basıncın sıkıştırma ile 2 kat artmasına izin verin. İzotermal koşullar altında hacim yarı yarıya azalacaktır, bu nedenle tüm bileşenlerin konsantrasyonları iki katına çıkacaktır. Basınçtaki değişiklikten önce, ileri reaksiyonun hızı

Küçüldükten sonra oldu

şunlar. 16 kat arttı. Geri bildirim oranı da arttı:

ama sadece 4 kez. Bu nedenle, denge ileri yönde kaymıştır.

Le Chatelier ilkesine göre, sistem sıkıştırılarak basınç arttıkça denge gaz moleküllerinin sayısında azalmaya doğru kayar, yani. azalan basınç yönünde (yukarıdaki örnekte ileri yönde); basınç düştüğünde, denge gaz moleküllerinin sayısındaki artışa doğru kayar, yani. artan basınç yönünde (yukarıdaki örnekte, ters yönde). Reaksiyon gaz moleküllerinin sayısını değiştirmeden devam ederse, sistem sıkıştırıldığında veya genleştiğinde denge bozulmaz. Yani örneğin sistemde

H 2 (g) + 1 2 (g) 2H1 (g) basınç değiştiğinde denge bozulmaz; HI çıkışı basınçtan bağımsızdır.

Sıvılar ve katılar neredeyse sıkıştırılamaz olduğundan, gaz fazının katılımı olmadan meydana gelen reaksiyonların dengesi üzerinde basıncın pratikte hiçbir etkisi yoktur. Bununla birlikte, ultra yüksek basınçlarda, denge kristal kafes içinde daha yoğun bir parçacık paketine doğru kayar. Örneğin, karbonun allotropik modifikasyonlarından biri olan (yoğunluk p \u003d 2.22 g / cm3) grafit, 10 u Pa (10 5 atm) mertebesinde bir basınçta ve yaklaşık 2000 ° C'lik bir sıcaklıkta geçer. elmas, daha yoğun bir paketleme atomuna sahip başka bir karbon modifikasyonu (p \u003d 3.51 g / cm 3).

Sıcaklık arttığında denge endotermik tepkime yönüne, sıcaklık düştüğünde ise ekzotermik tepkime yönüne kayar. Örneğin, amonyak sentezi (Denklem 4.51) ekzotermik bir reaksiyondur (DN^ 98 = -92.4 kJ). Bu nedenle, sıcaklıktaki bir artışla, H2 - N2 - NH3 sistemindeki denge sola - amonyak ayrışmasına doğru kayar, çünkü bu işlem ısının emilmesiyle ilerler. Tersine, nitrik oksit (II) sentezi endotermik bir reaksiyondur:

Bu nedenle, sıcaklık yükseldikçe, N2'deki denge - Yaklaşık 2- NO sağa - N0 oluşumuna doğru kayar.

Dış etkilerin etkisi altındaki yer değiştirmenin doğası, Le Chatelier ilkesi uygulanarak tahmin edilebilir: Dengedeki bir sistem dışarıdan etkilenirse, sistemdeki denge, dış etkiyi zayıflatacak şekilde değiştirilir.

1. Konsantrasyonların etkisi.

Reaktanlardan birinin konsantrasyonundaki bir artış, reaksiyonun dengesini maddeyi harcama yönünde değiştirir.

Konsantrasyondaki bir azalma, bir maddenin oluşumu yönündedir.

2. Sıcaklığın etkisi.

Sıcaklıktaki bir artış, dengeyi ısı emilimi ile devam eden bir reaksiyona (endotermik) doğru kaydırır ve sıcaklıktaki bir azalma, dengeyi ısı salınımı ile devam eden bir reaksiyona (ekzotermik) kaydırır.

3. Basıncın etkisi.

Basınçtaki bir artış, dengeyi hacmi azalan bir reaksiyona doğru kaydırır ve tersine, basınçtaki bir azalma, hacmi artan bir reaksiyona doğru kayar.

3.1. Problem çözme örnekleri.

örnek 1 Basınç 4 kat artırılırsa kapalı bir kapta gerçekleşen reaksiyonun hızı nasıl değişir?

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

Çözüm: Basıncı 4 kat artırmak, gaz konsantrasyonunu aynı miktarda artırmak demektir.

Basıncı arttırmadan önce reaksiyon hızını belirleyin.

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

Basıncı artırdıktan sonra reaksiyon hızını belirleyin.

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

Tepkime hızının kaç kat arttığını belirleyin

V2 = 64*K*C 2 HAYIR *CO 2 = 64

V1 K*C2 NO*CO2

Cevap: reaksiyon hızı 64 kat arttı.

Örnek 2 20 C'den 50 C0'a sıcaklık artışı ile reaksiyon hızı kaç kat artacaktır. Sıcaklık katsayısı 3'tür.

Çözüm: Van't - Hoff kuralına göre Vt 2 \u003d Vt 1 *γ T 2 -T 1 / 10

Problemin durumuna göre belirlenmesi gerekmektedir. VT 2

Formüldeki verileri değiştirin:

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

Cevap: Reaksiyon hızı 27 kat arttı.

Örnek 3 Reaktanların denge konsantrasyonlarından reaksiyonun denge sabitinin hesaplanması ve başlangıç ​​konsantrasyonlarının belirlenmesi.

Amonyak N2 + 3H2 == 2NH3 sentezinde, aşağıdaki reaktan konsantrasyonlarında (mol / l) denge kuruldu: C N2 = 2.5; CH2 = 1.8; CNH3 = 3.6. Bu reaksiyonun denge sabitini ve azot ve hidrojen konsantrasyonlarını hesaplayın.

Çözüm: Bu reaksiyonun denge sabitini belirleriz:

K*C= C 2 NH 3 = (3,6) 2 = 0,89

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

Azot ve hidrojenin başlangıç ​​konsantrasyonları, reaksiyon denklemi temelinde bulunur. İki mol NH3 oluşumu bir mol nitrojen tüketir ve 3.6 mol amonyak oluşumu için 3.6/2=1.8 mol nitrojen gerekir. Azot denge konsantrasyonu göz önüne alındığında,

başlangıç ​​konsantrasyonunu bulun:

C exN 2 \u003d 2,5 + 1,8 \u003d 4,3 mol / l

İki mol NH3 oluşumu için 3 mol hidrojen harcamak ve 3.6 mol amonyak elde etme payı gereklidir.

3 * 3.6 / 2 \u003d 5.4 mol.

C refH 2 \u003d 1.8 + 5.4 \u003d 7.2 mol / l

Cevap: C N 2 \u003d 4.3

Örnek 4 Homojen bir sistemin denge sabiti

CO (g) + H20 (g) \u003d\u003d CO2 (g) + H2 (g)

850 0 C'de 1'e eşittir. Başlangıç ​​konsantrasyonları: ref = 3 mol/l, ref = 2 mol/l ise dengedeki tüm maddelerin konsantrasyonlarını hesaplayın.

Çözüm: dengede, doğrudan ve ters reaksiyonların oranları eşittir ve bu oranların sabitlerinin oranı da sabit bir değerdir ve verilen sistemin denge sabiti olarak adlandırılır:

V pr \u003d K 1;

Varr \u003d K 2;

K eşittir = K 1 =

K2

Problem durumunda, başlangıç ​​konsantrasyonları verilir, K eşittir ifadesi ise sistemdeki tüm maddelerin sadece denge konsantrasyonlarını içerir. Denge anında konsantrasyonun = x mol / l'ye eşit olduğunu varsayalım. Sistemin denklemine göre bu durumda oluşan hidrojenin mol sayısı da x mol / l olacaktır. Aynı sayıda mol (x mol / l) ile CO ve H 2 O, x mol CO 2 ve H 2 oluşturmak için tüketilir. Bu nedenle, dört maddenin de denge konsantrasyonları şöyle olacaktır:

Eşit \u003d [H 2] eşittir \u003d x mol / l,

Eşit \u003d (3 - x) mol / l,

[H 2 O] eşittir = (2 - x) mol / l.

Denge sabitini bilerek, x'in değerini ve ardından tüm maddelerin ilk konsantrasyonlarını buluruz:

1 = x 2

x 2 \u003d 6 - 2x - 3x + x 2; 5x = 6, x = 1,2 mol/l

Böylece, istenen denge konsantrasyonları:

Eşit = 1,2 mol/l.

[H 2] = 1,2 mol / l'ye eşittir.

Eşit \u003d 3 - 1.2 \u003d 1.8 mol / l.

[H 2 O] = = 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.

Örnek 5 Fosfor pentaklorürün ayrışmasının endotermik reaksiyonu, denkleme göre ilerler:

PCl5(g) == PC13(g) +Cl2(g); ΔN = + 129.7 kJ.

Nasıl değiştirilir: a) sıcaklık, b) basınç; c) dengeyi doğrudan reaksiyon yönünde kaydırmak için konsantrasyon - PCl 5'in ayrışması?

Çözüm: Kimyasal dengede bir kayma veya kayma, reaksiyon koşullarından birindeki değişikliğin bir sonucu olarak reaktanların denge konsantrasyonlarında bir değişikliktir. Dengenin kaydığı yön, Le Chatelier ilkesi ile belirlenir: a) PC1 5'in bozunma reaksiyonu endotermik (ΔН> 0) olduğundan, dengeyi doğrudan reaksiyona kaydırmak için sıcaklığı arttırmak gerekir; 6) PCl5'in bu sistemdeki ayrışması hacimde bir artışa yol açtığından (bir gaz molekülünden iki gaz molekülü oluşur), daha sonra dengeyi doğrudan bir reaksiyona kaydırmak için basıncı azaltmak gerekir; c) dengenin belirtilen yönde kaydırılması, hem PCl5 konsantrasyonu artırılarak hem de PCl3 veya Cl2 konsantrasyonu azaltılarak elde edilebilir.