Le Chatelier 의 원리 는 외부 에이전트로 인한 영향에 대응하기 위해 평형 상태에있는 시스템의 반응을 설명합니다. 프랑스의 화학자 Henry Louis Le Chatelier가 1888 년에 공식화했습니다. 폐쇄 시스템에서 평형에 도달 할 수있는 모든 화학 반응에 적용됩니다.

폐쇄 형 시스템이란 무엇입니까? 경계 (예 : 큐브) 사이에 에너지가 전달되지만 물질은 전달되지 않습니다. 그러나 시스템을 변경하려면 시스템을 연 다음 다시 닫아 장애 (또는 변경)에 어떻게 반응하는지 연구해야합니다.

헨리 루이스 르 샤 틀리에

일단 닫히면 시스템은 평형 상태로 돌아가고이 원칙 덕분에이를 달성하는 방법을 예측할 수 있습니다. 새로운 평형은 이전 평형과 동일합니까? 시스템이 외부 방해를받는 시간에 따라 다릅니다. 충분히 오래 지속되면 새로운 균형이 달라집니다.

무엇으로 구성되어 있습니까?

다음 화학 방정식은 평형에 도달 한 반응에 해당합니다.

aA + bB <=> cC + dD

이 식에서 a, b, c 및 d는 화학 양론 계수입니다. 시스템이 닫혀 있기 때문에 평형을 방해하는 반응물 (A 및 B) 또는 생성물 (C 및 D)이 외부에서 유입되지 않습니다.

하지만 균형이란 정확히 무엇을 의미합니까? 이것이 설정되면 순방향 (오른쪽으로) 및 역방향 (왼쪽으로) 반응의 속도가 동일 해집니다. 결과적으로 모든 종의 농도는 시간이 지남에 따라 일정하게 유지됩니다.

위의 내용은 이러한 방식으로 이해할 수 있습니다. A와 B가 반응하여 C와 D를 생성하는 즉시 서로 반응하여 소비 된 A와 B를 재생성하는 식으로 시스템이 평형을 유지하는 한 계속됩니다.

그러나 A, 열, D를 추가하거나 부피를 줄임에 관계없이 시스템에 장애가 적용될 때 Le Chatelier의 원리는 메커니즘을 설명하지는 않지만 발생하는 영향에 대응하는 방식을 예측합니다. 분자가 평형 상태로 돌아갈 수 있도록합니다.

따라서 변경 사항에 따라 반응 감각이 선호 될 수 있습니다. 예를 들어, B가 원하는 화합물이면 평형이 형성으로 이동하도록 변화가 가해집니다.

화학적 균형을 수정하는 요인

Le Chatelier의 원리를 이해하기 위해서는 평형이 척도로 구성되어 있다고 가정하는 것이 가장 좋습니다.

이 접근 방식에서 볼 수 있듯이 시약은 왼쪽 팬 (또는 바구니)에서 무게를 측정하고 제품은 오른쪽 팬에서 무게를 측정합니다. 여기에서 시스템의 반응 (균형) 예측이 쉬워집니다.

농도의 변화

aA + bB <=> cC + dD

방정식의 이중 화살표는 저울의 줄기와 팬에 밑줄이 그어진 것을 나타냅니다. 따라서 A의 양 (그램, 밀리그램 등)이 시스템에 추가되면 오른쪽 팬에 더 많은 무게가 있고 저울은 그쪽으로 기울어집니다.

결과적으로 C + D 접시가 올라갑니다. 즉, 접시 A + B에 비해 중요성이 높아집니다. 즉, A (B와 마찬가지로)를 추가하면 균형이 제품 C와 D를 위로 이동합니다.

화학적 측면에서 평형은 결국 오른쪽으로 이동하여 C와 D가 더 많이 생성됩니다.

C와 D의 양이 시스템에 추가되면 반대가 발생합니다. 왼쪽 팬이 무거워 져 오른쪽 팬이 들어 올립니다.

다시, 이것은 A와 B의 농도를 증가시킵니다. 따라서 평형 이동이 왼쪽 (반응물)으로 생성됩니다.

압력 또는 부피의 변화

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

시스템에서 발생하는 압력 또는 부피의 변화는 기체 상태의 종에 주목할만한 영향을 미칩니다. 그러나 더 높은 화학 방정식의 경우 이러한 변경 중 어느 것도 평형을 수정하지 않습니다.

왜? 방정식의 양변에있는 가스의 총 몰수가 같기 때문입니다.

저울은 압력 변화의 균형을 맞추려고하지만 두 반응 (직접 및 역)이 동일한 양의 가스를 생성하므로 변하지 않습니다. 예를 들어, 다음 화학 방정식의 경우 저울은 이러한 변화에 반응합니다.

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

여기서 시스템의 부피 감소 (또는 압력 증가)에 직면하여 저울은이 효과를 줄이기 위해 팬을 올립니다.

어떻게? E의 형성을 통해 압력을 줄입니다. 이것은 A와 B가 E보다 더 많은 압력을 가하기 때문에 반응하여 농도를 낮추고 E의 농도를 높이기 때문입니다.

마찬가지로 Le Chatelier 원칙은 볼륨 증가의 효과를 예측합니다. 이것이 발생하면 저울은 압력 손실을 복원하는 더 많은 기체 두더지의 형성을 촉진하여 효과를 상쇄해야합니다. 이번에는 저울을 왼쪽으로 옮기고 팬 A + B를 들어 올립니다.

온도 변화

열은 반응성과 제품 모두로 간주 될 수 있습니다. 따라서 반응 엔탈피 (ΔHrx)에 따라 반응은 발열 또는 흡열입니다. 그런 다음 열이 화학 방정식의 왼쪽 또는 오른쪽에 배치됩니다.

aA + bB + 열 <=> cC + dD (흡열 반응)

aA + bB <=> cC + dD + 열 (발열 반응)

여기에서 시스템을 가열하거나 냉각하면 농도가 변할 때와 동일한 반응이 발생합니다.

예를 들어, 반응이 발열 인 경우 시스템을 냉각하면 평형이 왼쪽으로 이동하는 것이 유리합니다. 가열되면 반응은 오른쪽으로 더 큰 경향 (A + B)으로 계속됩니다.

응용

수많은 반응이 평형에 도달한다는 점을 감안할 때 수많은 응용 프로그램 중에는 다음이 있습니다.

하버 과정에서

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

상위 화학 방정식은 산업 규모로 생산되는 주요 화합물 중 하나 인 암모니아의 형성에 해당합니다.

여기서, NH 얻기위한 최적 조건 _3이 되는 이러한 온도가 압력 (200-1000 ATM) 수준이 높은 경우, 마찬가지로, 매우 높은 아니며이다.

원예에서

보라색 수국 (상단 이미지) 은 토양에 존재 하는 알루미늄 (Al ³⁺ ) 과 균형을 이룹니다. 이 금속 인 루이스 산 (Lewis acid)이 존재하면 산성화됩니다.

그러나 기본 토양에서는 알루미늄이 이러한 토양에 녹지 않고 식물에서 사용할 수 없기 때문에 수국 꽃은 빨간색입니다.

Le Chatelier 원칙에 익숙한 정원사는 토양을 교묘하게 산성화하여 수국의 색을 바꿀 수 있습니다.

동굴 형성