LeChâtelier prensibi dışsal bir maddenin neden olduğu etkilere karşı dengede bir sistemin cevabı tarif etmektedir. 1888'de Fransız kimyager Henry Louis Le Chatelier tarafından formüle edildi. Kapalı sistemlerde dengeye ulaşabilen herhangi bir kimyasal reaksiyona uygulanır.

Kapalı sistem nedir? Sınırları arasında enerji transferinin olduğu (örneğin, bir küp), ancak maddenin olmadığı bir yerdir. Bununla birlikte, sistemde bir değişiklik yapmak için, onu açmak ve ardından rahatsızlığa (veya değişime) nasıl tepki verdiğini incelemek için tekrar kapatmak gerekir.

Henry Louis Le Chatelier

Kapatıldıktan sonra sistem dengeye geri dönecek ve bunu başarma yolu bu ilke sayesinde öngörülebilir. Yeni denge eskisi ile aynı mı? Sistemin dış müdahaleye maruz kaldığı zamana bağlıdır; yeterince uzun sürerse, yeni denge farklıdır.

Ne içeriyor?

Aşağıdaki kimyasal denklem, dengeye ulaşmış bir reaksiyona karşılık gelir:

aA + bB <=> cC + dD

Bu ifadede a, b, c ve d stokiyometrik katsayılardır. Sistem kapalı olduğu için, dengeyi bozan hiçbir reaktan (A ve B) veya ürün (C ve D) dışarıdan girmez.

Ama denge tam olarak ne anlama geliyor? Bu ayarlandığında, ileri (sağa) ve geri (sola doğru) reaksiyon hızları eşitlenir. Sonuç olarak, tüm türlerin konsantrasyonları zaman içinde sabit kalır.

Yukarıdakiler şu şekilde anlaşılabilir: Biraz A ve B, C ve D'yi üretmek için reaksiyona girer girmez, tüketilen A ve B'yi yeniden oluşturmak için birbirleriyle aynı anda reaksiyona girerler ve sistem dengede kaldığı sürece böyle devam eder.

Bununla birlikte, sisteme bir rahatsızlık uygulandığında - ister A, ister ısı, D ekleyerek veya ses seviyesini düşürerek-, Le Chatelier ilkesi, mekanizmayı açıklamasa da, neden olduğu etkilere karşı nasıl davranacağını tahmin eder. dengeye dönmesine izin vererek moleküler.

Böylece, yapılan değişikliklere bağlı olarak, bir tepki duygusu tercih edilebilir. Örneğin, B istenen bileşik ise, denge oluşumuna kayacak şekilde bir değişiklik uygulanır.

Kimyasal dengeyi değiştiren faktörler

Le Chatelier prensibini anlamak için mükemmel bir yaklaşım, dengenin bir ölçekten oluştuğunu varsaymaktır.

Bu yaklaşımdan bakıldığında, reaktifler sol tavada (veya sepette) tartılır ve ürünler sağ kefede tartılır. Buradan sistemin cevabının (dengenin) tahmini kolaylaşır.

Konsantrasyondaki değişiklikler

aA + bB <=> cC + dD

Denklemdeki çift ok, terazinin sapını ve altı çizili tavaları temsil eder. Yani sisteme bir miktar (gram, miligram vb.) A eklenirse, sağ kefede daha fazla ağırlık olacak ve terazi bu şekilde eğilecektir.

Sonuç olarak, C + D plakası yükselir; yani A + B çanağına göre önem kazanıyor. Başka bir deyişle: A'nın eklenmesiyle (B'de olduğu gibi) denge C ve D ürünlerini yukarı kaydırır.

Kimyasal açıdan denge sağa kayar: daha fazla C ve D üretimine doğru.

Sisteme C ve D miktarları eklenirse bunun tersi olur: sol tava ağırlaşarak sağ tavanın kalkmasına neden olur.

Yine, bu, A ve B konsantrasyonlarında bir artışla sonuçlanır; bu nedenle, sola (reaktanlar) bir denge kayması oluşturulur.

Basınç veya hacimdeki değişiklikler

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

Sistemde meydana gelen basınç veya hacim değişikliklerinin yalnızca gaz halindeki türler üzerinde dikkate değer etkileri vardır. Bununla birlikte, daha yüksek kimyasal denklem için bu değişikliklerin hiçbiri dengeyi değiştirmeyecektir.

Neden? Çünkü denklemin her iki tarafındaki toplam gaz mol sayısı aynıdır.

Denge, basınç değişikliklerini dengelemeye çalışacaktır, ancak her iki reaksiyon da (doğrudan ve ters) aynı miktarda gazı ürettiği için değişmeden kalır. Örneğin, aşağıdaki kimyasal denklem için terazi bu değişikliklere yanıt verir:

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

Burada, sistemdeki hacimde bir azalma (veya basınçta artış) karşısında, denge bu etkiyi azaltmak için tavayı yükseltir.

Nasıl? E oluşumu yoluyla basıncın düşürülmesi Bunun nedeni, A ve B'nin E'den daha fazla basınç uyguladıklarından, konsantrasyonlarını düşürmek ve E'ninkini artırmak için tepki vermeleridir.

Aynı şekilde, Le Chatelier prensibi, artan hacmin etkisini öngörür. Bu meydana geldiğinde, terazinin, basınç kaybını geri kazandıran daha fazla gazlı mol oluşumunu teşvik ederek etkiye karşı koyması gerekir; bu sefer, dengeyi sola kaydırarak, tava A + B'yi kaldırarak.

Sıcaklık değişiklikleri

Isı hem reaktif hem de ürün olarak kabul edilebilir. Bu nedenle, reaksiyon entalpisine (ΔHrx) bağlı olarak, reaksiyon ekzotermik veya endotermiktir. Daha sonra ısı, kimyasal denklemin sol veya sağ tarafına yerleştirilir.

aA + bB + ısı <=> cC + dD (endotermik reaksiyon)

aA + bB <=> cC + dD + ısı (ekzotermik reaksiyon)

Burada, sistemi ısıtmak veya soğutmak, konsantrasyonlarda değişiklik olması durumunda olduğu gibi aynı tepkileri verir.

Örneğin, eğer reaksiyon ekzotermik ise, sistemin soğutulması dengenin sola kaymasına yardımcı olur; ısıtılırsa reaksiyon sağa doğru daha büyük bir eğilimle devam eder (A + B).

Uygulamalar

Birçok reaksiyonun dengeye ulaştığı düşünüldüğünde, sayısız uygulamaları arasında aşağıdakiler vardır:

Haber sürecinde

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

Üst kimyasal denklem, endüstriyel ölçekte üretilen ana bileşiklerden biri olan amonyak oluşumuna karşılık gelir.

Burada, NH ₃ elde etmek için ideal koşullar , sıcaklığın çok yüksek olmadığı ve benzer şekilde yüksek basınç seviyelerinin (200 ila 1000 atm) olduğu durumlardır.

Bahçecilikte

Mor ortancalar (en üstteki resim) , toprakta bulunan alüminyum (Al ³⁺ ) ile bir denge kurar . Bu metalin, Lewis asidinin varlığı asitleşmelerine neden olur.

Ancak bazik topraklarda ortancaların çiçekleri kırmızıdır, çünkü bu topraklarda alüminyum çözünmez ve bitki tarafından kullanılamaz.

Le Chatelier prensibine aşina bir bahçıvan, toprakları akıllıca asitlendirerek ortancalarının rengini değiştirebilirdi.

Mağaraların oluşumunda