หลักการของ Le Chatelierอธิบายการตอบสนองของระบบอยู่ในภาวะสมดุลในการรับมือกับผลกระทบที่เกิดจากการเป็นตัวแทนภายนอกที่ เป็นสูตรในปี พ.ศ. 2431 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Henry Louis Le Chatelier ใช้กับปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ที่สามารถเข้าถึงสมดุลในระบบปิด

ระบบปิดคืออะไร? เป็นจุดหนึ่งที่มีการถ่ายเทพลังงานระหว่างพรมแดน (เช่นลูกบาศก์) แต่ไม่ใช่เรื่องสำคัญ อย่างไรก็ตามในการดำเนินการเปลี่ยนแปลงระบบจำเป็นต้องเปิดและปิดอีกครั้งเพื่อศึกษาว่าระบบตอบสนองต่อการรบกวน (หรือการเปลี่ยนแปลง) อย่างไร

Henry Louis Le Chatelier

เมื่อปิดระบบจะกลับสู่สภาวะสมดุลและวิธีการบรรลุเป้าหมายนี้สามารถทำนายได้ด้วยหลักการนี้ ดุลยภาพใหม่จะเหมือนกับดุลยภาพเก่าหรือไม่? ขึ้นอยู่กับเวลาที่ระบบถูกรบกวนจากภายนอก ถ้ามันกินเวลานานพอดุลยภาพใหม่จะแตกต่างกัน

ประกอบด้วยอะไรบ้าง?

สมการทางเคมีต่อไปนี้สอดคล้องกับปฏิกิริยาที่ถึงจุดสมดุล:

aA + bB <=> cC + dD

ในนิพจน์นี้ a, b, c และ d คือสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริก เนื่องจากระบบปิดอยู่จึงไม่มีสารตั้งต้น (A และ B) หรือผลิตภัณฑ์ (C และ D) เข้ามาจากภายนอกที่รบกวนสมดุล

แต่ความสมดุลหมายถึงอะไร? เมื่อตั้งค่านี้อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้า (ไปทางขวา) และย้อนกลับ (ไปทางซ้าย) จะเท่ากัน ดังนั้นความเข้มข้นของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงคงที่ตลอดเวลา

ข้างต้นสามารถเข้าใจได้ด้วยวิธีนี้: ทันทีที่ A และ B เพียงเล็กน้อยตอบสนองต่อการผลิต C และ D พวกมันจะทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันในเวลาเดียวกันเพื่อสร้าง A และ B ที่บริโภคไปและอื่น ๆ ในขณะที่ระบบยังคงอยู่ในสภาวะสมดุล

อย่างไรก็ตามเมื่อมีการรบกวนระบบ - ไม่ว่าจะโดยการเพิ่ม A, ความร้อน, D หรือโดยการลดระดับเสียง - หลักการของ Le Chatelier จะคาดการณ์ว่ามันจะทำงานอย่างไรเพื่อต่อต้านผลกระทบที่เกิดขึ้นแม้ว่าจะไม่ได้อธิบายถึงกลไกก็ตาม โมเลกุลโดยปล่อยให้กลับสู่สภาวะสมดุล

ดังนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นความรู้สึกของปฏิกิริยาจึงเป็นที่ชื่นชอบ ตัวอย่างเช่นถ้า B เป็นสารประกอบที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นเพื่อให้สมดุลเปลี่ยนไปสู่การก่อตัว

ปัจจัยที่ปรับเปลี่ยนสมดุลทางเคมี

เพื่อให้เข้าใจหลักการของ Le Chatelier การประมาณที่ดีเยี่ยมคือการสมมติว่าความสมดุลประกอบด้วยมาตราส่วน

เห็นได้จากวิธีนี้น้ำยาจะถูกชั่งบนกระทะด้านซ้าย (หรือตะกร้า) และผลิตภัณฑ์จะถูกชั่งบนถาดด้านขวา จากที่นี่การคาดคะเนการตอบสนองของระบบ (สมดุล) จะกลายเป็นเรื่องง่าย

การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น

aA + bB <=> cC + dD

ลูกศรคู่ในสมการแสดงถึงต้นกำเนิดของเครื่องชั่งและขีดเส้นใต้กระทะ ดังนั้นหากมีการเพิ่มปริมาณ (กรัมมิลลิกรัม ฯลฯ ) ของ A เข้าไปในระบบจะมีน้ำหนักมากขึ้นบนกระทะด้านขวาและเครื่องชั่งจะเอียงไปทางด้านนั้น

เป็นผลให้จาน C + D เพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่งมันได้รับความสำคัญเมื่อเทียบกับจาน A + B กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ด้วยการเพิ่ม A (เช่นเดียวกับ B) ยอดคงเหลือจะเลื่อนผลิตภัณฑ์ C และ D ขึ้นไป

ในแง่ทางเคมีสมดุลจะเปลี่ยนไปทางขวา: ไปสู่การผลิต C และ D มากขึ้น

สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นหากเพิ่มปริมาณ C และ D ลงในระบบ: กระทะด้านซ้ายจะหนักขึ้นทำให้กระทะด้านขวายกขึ้น

อีกครั้งส่งผลให้ความเข้มข้นของ A และ B เพิ่มขึ้น ดังนั้นการปรับสมดุลจึงถูกสร้างขึ้นทางด้านซ้าย (สารตั้งต้น)

การเปลี่ยนแปลงความดันหรือปริมาตร

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

การเปลี่ยนแปลงความดันหรือปริมาตรที่เกิดในระบบมีผลเฉพาะต่อสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในสถานะก๊าซ อย่างไรก็ตามสำหรับสมการทางเคมีที่สูงขึ้นการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะไม่แก้ไขสมดุล

ทำไม? เนื่องจากจำนวนโมลทั้งหมดของก๊าซทั้งสองด้านของสมการนั้นเท่ากัน

สมดุลจะพยายามปรับสมดุลของการเปลี่ยนแปลงความดัน แต่เนื่องจากปฏิกิริยาทั้งสอง (โดยตรงและผกผัน) ผลิตก๊าซในปริมาณเท่ากันจึงไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่นสำหรับสมการทางเคมีต่อไปนี้สมดุลจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้:

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

ที่นี่ก่อนที่ปริมาตรจะลดลง (หรือเพิ่มความดัน) ในระบบเครื่องชั่งจะยกกระทะขึ้นเพื่อลดผลกระทบนี้

อย่างไร? การลดความดันผ่านการก่อตัวของ E เนื่องจาก A และ B ออกแรงกดมากกว่า E จึงตอบสนองเพื่อลดความเข้มข้นและเพิ่ม E

ในทำนองเดียวกันหลักการ Le Chatelier ทำนายผลของการเพิ่มระดับเสียง เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นสมดุลจะต้องลดผลกระทบโดยการส่งเสริมการก่อตัวของโมลที่เป็นก๊าซมากขึ้นซึ่งจะคืนค่าการสูญเสียความดัน คราวนี้เลื่อนเครื่องชั่งไปทางซ้ายยกกระทะ A + B

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ความร้อนสามารถพิจารณาได้ทั้งปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ ดังนั้นขึ้นอยู่กับเอนทัลปีของปฏิกิริยา (ΔHrx) ปฏิกิริยาคือคายความร้อนหรือดูดความร้อน จากนั้นความร้อนจะถูกวางไว้ทางด้านซ้ายหรือด้านขวาของสมการเคมี

aA + bB + ความร้อน <=> cC + dD (ปฏิกิริยาดูดความร้อน)

aA + bB <=> cC + dD + ความร้อน (ปฏิกิริยาคายความร้อน)

ที่นี่การให้ความร้อนหรือความเย็นของระบบจะสร้างการตอบสนองเช่นเดียวกับในกรณีของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น

ตัวอย่างเช่นถ้าปฏิกิริยาคายความร้อนระบบระบายความร้อนจะช่วยให้การกระจัดของสมดุลไปทางซ้าย ในขณะที่ถ้าได้รับความร้อนปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปโดยมีแนวโน้มไปทางขวามากขึ้น (A + B)

การประยุกต์ใช้งาน

ในบรรดาการใช้งานที่นับไม่ถ้วนเนื่องจากปฏิกิริยาจำนวนมากถึงสมดุลมีดังต่อไปนี้:

ในกระบวนการของฮาเบอร์

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

สมการทางเคมีส่วนบนสอดคล้องกับการก่อตัวของแอมโมเนียซึ่งเป็นสารประกอบหลักชนิดหนึ่งที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรม

ที่นี่เงื่อนไขที่เหมาะสำหรับการได้รับ NH ₃คือสภาวะที่อุณหภูมิไม่สูงมากและในทำนองเดียวกันเมื่อมีความดันสูง (200 ถึง 1,000 atm)

ในการจัดสวน

ไฮเดรนเยียสีม่วง (ภาพบนสุด) สร้างความสมดุลกับอะลูมิเนียม (Al ³⁺ ) ที่มีอยู่ในดิน การปรากฏตัวของกรดลิวอิสโลหะนี้ส่งผลให้เกิดการเป็นกรด

อย่างไรก็ตามในดินพื้นฐานดอกของไฮเดรนเยียจะมีสีแดงเนื่องจากอลูมิเนียมไม่ละลายในดินเหล่านี้และพืชไม่สามารถนำไปใช้ได้

คนสวนที่คุ้นเคยกับหลักการ Le Chatelier สามารถเปลี่ยนสีของไฮเดรนเยียของเขาได้โดยการทำให้ดินเป็นกรดอย่างชาญฉลาด

ในการก่อตัวของถ้ำ