Principio di Le Chatelier in chimica

In alcuni casi, le sostanze risultanti dalla reazione interagiscono tra loro o si decompongono e quindi due reazioni si verificano simultaneamente nel sistema: diretto (prodotti di reazione sono formati) e inverso (le sostanze iniziali sono di nuova sintesi). Nel caso di coincidenza delle velocità dei processi diretti e inversi nel sistema in esame, si verifica un equilibrio, che si chiama chimica. Questo è un equilibrio dinamico, poiché la reazione stessa non si ferma, ma la stessa quantità di sostanza si forma e si decompone simultaneamente. Con temperatura e pressione costanti, questa situazione può persistere per un bel po 'di tempo. In forma grafica, è presentato di seguito. Per velocità equivalente si intende una certa costante, che è simultaneamente uguale alla velocità della reazione diretta e inversa.

Il principio dell'orientamento all'equilibrio chimico

Il principio di spostamento (spostamento) dell'equilibrio fu scoperto nel 1884 da Le Chatelier. Più tardi fu riassunto da Karl Ferdinand Brown (1887). Pertanto, al momento ha un nome gemello - il principio di Le Chatelier-Brown. Questa legge è utilizzata sia in chimica che in termodinamica, elettrodinamica, ecologia e biochimica. Ci sono molte formulazioni, ma l'essenza di ciascuna di esse si riduce a quanto segue: "Quando un'influenza viene esercitata su un sistema in equilibrio, l'equilibrio chimico viene spostato in modo da compensare questo cambiamento (cioè il sistema proverà a ristabilire l'equilibrio) ". Il principio descritto può essere chiaramente dimostrato utilizzando il seguente sistema. C'è una molla attaccata al supporto fisso. A riposo, questo sistema è in equilibrio. Se la molla è allungata, allora l'equilibrio si sposterà verso l'influenza esterna. Tuttavia, il sistema aumenta anche l'opposizione. E a un certo punto le forze dell'opposizione e dell'influenza esterna diventano uguali l'una all'altra, a seguito della quale si instaura un nuovo stato di equilibrio.

Il principio di Le Chatelier può essere utilizzato solo per i sistemi in equilibrio, altrimenti i risultati dell'analisi saranno errati. Ci sono tre parametri principali il cui cambiamento provoca uno spostamento dell'equilibrio chimico: pressione, temperatura e concentrazione di sostanze chimiche.

temperatura

Il cambiamento di temperatura è la causa più comune di spostamento dell'equilibrio chimico, il che è comprensibile, perché questo fattore è molto più facile da influenzare rispetto, ad esempio, alla pressione. Va detto che le reazioni sono divise in due tipi per effetto termico. Tra questi ci sono i seguenti: esotermico (con calore) ed endotermico (con il suo assorbimento). In che modo l'equilibrio chimico cambierà in questo caso? Il principio di Le Chatelier in questo caso si riduce a quanto segue: con l'aumentare della temperatura, l'equilibrio si sposta verso la reazione, che avviene con l'assorbimento del calore e quando diminuisce, rispettivamente, nella direzione opposta. Quindi, se per la reazione mostrata di seguito per aumentare la temperatura, la bilancia si sposterà sul lato destro.

La maggior parte delle reazioni dirette sono esotermiche e le reazioni inverse sono endotermiche (questa non è una regola, ma piuttosto un'osservazione da cui si possono trovare molte eccezioni).

la pressione

Quando la pressione cambia, il parametro successivo del sistema viene trasformato - il suo volume (aumenta o diminuisce), quindi l'effetto dell'utilizzo di questo parametro ha un effetto particolarmente forte sui sistemi in cui sono presenti gas. In questo caso, il principio equilibrio chimico è come segue. Se la pressione nel sistema aumenta, allora l'equilibrio si sposta verso la riduzione del numero di molecole di gas e quando la pressione diminuisce, l'equilibrio si muove nella direzione opposta. Se il numero di molecole di gas non cambia durante la reazione, allora l'equilibrio non cambia mentre la pressione cambia, come, ad esempio, nella reazione successiva.

Tuttavia, in pratica questo principio è vero solo per i gas ideali, poiché tutti quelli reali hanno compressibilità diversa. Pertanto, anche se il numero di molecole di gas rimane invariato, l'equilibrio può dipendere dalla pressione. In pratica, questo sarà evidente quando alte pressioni. Nel caso di sostanze liquide e solide, il cambiamento di pressione non influenza effettivamente l'equilibrio a causa dei piccoli volumi occupati da tali sostanze. Quando si considerano sistemi misti, vengono prese in considerazione solo le molecole di gas.

Lo spostamento dell'equilibrio nel sistema a seguito di cambiamenti nella concentrazione di qualsiasi sostanza coinvolta nella reazione

Nel corso del cambiamento della concentrazione di una sostanza, il principio di Le Chatelier funziona come segue. Con un aumento della concentrazione dei prodotti di reazione, l'equilibrio si sposta verso la reazione inversa e con una diminuzione della quantità delle sostanze formate, l'equilibrio si muove nella direzione opposta.

Cosa succede se aggiungi gas inerte

È possibile modificare il volume del sistema non solo comprimendolo o indebolendo la pressione, ma anche aggiungendo gas inerte, che non reagirà. Cosa succederà al sistema quando l'elio verrà aggiunto ad esso? Infatti, molto probabilmente, non succederà nulla, poiché il rapporto tra le sostanze coinvolte nella reazione non cambierà e il processo non è rilevante per la pressione totale del sistema, ma per il parziale di ciascun componente.

Effetto catalizzatori

La quantità di catalizzatore e la sua presenza in generale non hanno alcun effetto sullo spostamento dell'equilibrio chimico. Ciò si verifica in considerazione del fatto che questo elemento accelera ugualmente sia la reazione diretta che quella inversa, mantenendo invariato l'equilibrio nel sistema.

Il modo di studiare l'equilibrio chimico

Una considerazione dettagliata degli equilibri chimici è molto importante per una completa comprensione del processo. Una delle tecniche più comunemente utilizzate è il cosiddetto metodo di congelamento dell'equilibrio. Quindi, c'è un digiuno sistema di raffreddamento in uno stato equilibrato. L'equilibrio semplicemente non ha il tempo di spostarsi, e alle basse temperature la velocità della maggior parte dei processi rallenta quasi a zero. A causa di ciò, è possibile analizzare completamente la composizione della miscela a qualsiasi temperatura (la concentrazione delle sostanze coinvolte nella reazione, a zero gradi, corrisponderà al numero di componenti alla temperatura a cui è iniziata la riduzione). Questa esperienza viene eseguita più volte con reazioni procedenti in entrambe le direzioni.

C'è completa irreversibilità?

È impossibile spostare completamente l'equilibrio chimico in una direzione. Anche con l'apparente spostamento assoluto, ci sarà sempre un piccolo numero di molecole che reagiranno.

In pratica, praticamente tutte le reazioni sono reversibili e quanto questo effetto sarà visibile, spesso dipende dalla temperatura (spesso l'equilibrio è semplicemente fortemente spostato in una direzione, quindi diventa evidente solo quando le condizioni cambiano). È a causa di questa prevalenza di reversibile reazioni chimiche studiare l'equilibrio è particolarmente importante.

Esempi di sintesi in cui l'equilibrio chimico si sposta durante la produzione

Nella produzione, l'equilibrio chimico è solitamente spostato verso una reazione diretta per produrre, rispettivamente, i prodotti di reazione. Ci sono molti esempi di tali sintesi: ottenere ammoniaca ossido di zolfo (VI), ossido di azoto (II), ecc.