Le Chatelier-Brown princippet

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 1. oktober 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Princippet i Le Chatelier - Brown ( 1884 ) - hvis et system i stabil ligevægt påvirkes udefra og ændrer nogen af ligevægtsbetingelserne ( temperatur , tryk , koncentration , eksternt elektromagnetisk felt ), så intensiveres processerne i systemet , rettet til siden af modstand mod forandring.

Henri Le Chatelier ( Frankrig ) formulerede dette termodynamiske princip om bevægelig ligevægt, senere generaliseret af Karl Brown [1] .

Princippet gælder for ligevægt af enhver art: mekanisk, termisk, kemisk, elektrisk ( Lenz-effekt , Peltier-fænomen ) [2] .

Hvis ydre forhold ændres, fører det til en ændring i ligevægtskoncentrationerne af stoffer. I dette tilfælde taler man om en krænkelse eller forskydning af kemisk ligevægt .

Den kemiske ligevægt skifter i en eller anden retning, når en af følgende parametre ændres:

systemets temperatur, det vil sige når det opvarmes eller afkøles
tryk i systemet, altså når det komprimeres eller udvides
koncentration af en af deltagerne i den reversible reaktion

Effekten af temperatur

Symbolet +Q eller −Q , skrevet i slutningen af den termokemiske ligning, karakteriserer den termiske effekt af den direkte reaktion. Det er lig med den termiske effekt af den omvendte reaktion, men modsat i fortegn.

Effekten af temperatur afhænger af fortegnet for reaktionens termiske effekt. Når temperaturen stiger, skifter den kemiske ligevægt i retning af den endoterme reaktion , når temperaturen falder, i retning af den eksoterme reaktion . I det generelle tilfælde, når temperaturen ændres, skifter den kemiske ligevægt mod processen, tegnet på ændringen i entropi, hvori falder sammen med fortegnet for ændringen i temperatur.

Temperaturafhængigheden af ligevægtskonstanten i kondenserede systemer er beskrevet af van't Hoff isobar-ligningen:

\left({\frac {d\ln K_{P}}{dT}}\right)_{p}={\frac {\Delta H^{0}}{RT^{2}}} ,

i systemer med en gasfase - ved van't Hoff isochore ligningen

\left({\frac {d\ln K_{C}}{dT}}\right)_{v}={\frac {\Delta U^{0}}{RT^{2}}} .

I et lille temperaturområde i kondenserede systemer er forholdet mellem ligevægtskonstanten og temperaturen udtrykt ved følgende ligning:

\ln K_{P}=-{\frac {\Delta H^{0}}{RT}}+{\frac {\Delta S^{0}}{R}}.

For eksempel i ammoniaksyntesereaktionen

{\mathsf {N_{2}+3H_{2}\rightleftarrows 2NH_{3}+Q))

den termiske effekt under standardbetingelser er +92 kJ/mol, reaktionen er eksoterm, derfor fører en temperaturstigning til et skift i ligevægten mod udgangsmaterialerne og et fald i produktudbyttet.

Effekt af tryk

Tryk påvirker i væsentlig grad ligevægtspositionen i reaktioner, der involverer gasformige stoffer, ledsaget af en ændring i volumen på grund af en ændring i mængden af stof i overgangen fra udgangsstoffer til produkter:

Med stigende tryk forskydes ligevægten i den retning, hvor det samlede antal mol gasser falder og omvendt.

I ammoniaksyntesereaktionen halveres mængden af gasser: N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Dette betyder, at med stigende tryk skifter ligevægten mod dannelsen af NH 3 , som det fremgår af følgende data for ammoniaksyntesereaktionen ved 400 ° C:

tryk, MPa	0,1	ti	tyve	tredive	60	100
volumenfraktion af NH 3 , %	0,4	26	36	46	66	80

Påvirkning af inerte gasser

Indføringen af inerte gasser i reaktionsblandingen eller dannelsen under reaktionen af inerte gasser har samme effekt som trykreduktionen, da reaktanternes partialtryk falder. Det skal bemærkes, at i dette tilfælde betragtes en gas, der ikke deltager i reaktionen, som en inert gas. I systemer med et fald i antallet af mol gasser forskyder inaktive gasser ligevægten mod udgangsmaterialerne, derfor kræves periodisk blæsning af gasrørledninger i produktionsprocesser, hvor inerte gasser kan dannes eller akkumuleres.

Indflydelse af koncentration

Koncentrationens indflydelse på ligevægtstilstanden overholder følgende regler:

Med en stigning i koncentrationen af et af udgangsstofferne skifter ligevægten i retning af dannelsen af reaktionsprodukter (til højre);
Med en stigning i koncentrationen af et af reaktionsprodukterne skifter ligevægten i retning af dannelsen af udgangsstofferne (til venstre).

Noter