Le Chatelier-Brown elv

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. október 1-jén felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Le Chatelier-Brown ( 1884 ) elve: ha egy stabil egyensúlyban lévő rendszert kívülről hatnak, megváltoztatva az egyensúlyi feltételek bármelyikét ( hőmérséklet , nyomás , koncentráció , külső elektromágneses tér ), akkor a rendszerben zajló folyamatok felerősödnek. , a változással szembeni ellenállás oldalára irányul.

Henri Le Chatelier ( Franciaország ) fogalmazta meg a mozgó egyensúly termodinamikai elvét, amelyet később Karl Brown általánosított [1] .

Az elv bármilyen természetű egyensúlyra alkalmazható: mechanikai, termikus, kémiai, elektromos ( Lenz-effektus , Peltier-jelenség ) [2] .

Ha a külső körülmények megváltoznak, ez az anyagok egyensúlyi koncentrációjának megváltozásához vezet. Ebben az esetben a kémiai egyensúly megsértéséről vagy eltolódásáról beszélünk .

A kémiai egyensúly egyik vagy másik irányba eltolódik, ha a következő paraméterek bármelyike megváltozik:

a rendszer hőmérséklete, vagyis amikor fűtött vagy hűtött
nyomás a rendszerben, vagyis amikor összenyomják vagy kitágítják
a reverzibilis reakció egyik résztvevőjének koncentrációja

A hőmérséklet hatása

A termokémiai egyenlet végére írt +Q vagy −Q szimbólum a közvetlen reakció termikus hatását jellemzi. Nagyságrendje megegyezik a fordított reakció termikus hatásával, de ellentétes előjelű.

A hőmérséklet hatása a reakció termikus hatásának előjelétől függ. Amikor a hőmérséklet emelkedik, a kémiai egyensúly az endoterm reakció irányába tolódik el , amikor a hőmérséklet csökken, az exoterm reakció irányába . Általános esetben, amikor a hőmérséklet változik, a kémiai egyensúly a folyamat felé tolódik el, az entrópia változásának előjele egybeesik a hőmérséklet változásának előjelével.

Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggését kondenzált rendszerekben a van't Hoff-izobar egyenlet írja le:

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

gázfázisú rendszerekben - a van't Hoff-izochore egyenlet szerint

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

A kondenzált rendszerek kis hőmérséklet-tartományában az egyensúlyi állandó és a hőmérséklet közötti kapcsolatot a következő egyenlet fejezi ki:

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

Például az ammónia szintézis reakciójában

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

a termikus hatás standard körülmények között +92 kJ/mol, a reakció exoterm, ezért a hőmérséklet emelkedése az egyensúly eltolódásához vezet a kiindulási anyagok irányába és a termékhozam csökkenéséhez.

A nyomás hatása

A nyomás jelentősen befolyásolja az egyensúlyi helyzetet a gáznemű anyagokat érintő reakciókban, amelyet térfogatváltozás kísér a kiindulási anyagokról a termékekre való átmenet során az anyag mennyiségének változása miatt :

A nyomás növekedésével az egyensúly abba az irányba tolódik el, amelyben a gázok összes mólszáma csökken, és fordítva.

Az ammónia szintézis reakciójában a gázok mennyisége felére csökken: N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Ez azt jelenti, hogy a nyomás növekedésével az egyensúly az NH 3 képződése felé tolódik el , amit a következő adatok bizonyítanak az ammónia szintézis reakciójára vonatkozóan 400 ° C-on:

nyomás, MPa	0.1	tíz	húsz	harminc	60	100
NH 3 térfogatrész , %	0.4	26	36	46	66	80

Inert gázok hatása

A közömbös gázok reakcióelegybe történő bevezetése, illetve a reakció során inert gázok képződése a nyomáscsökkentéssel azonos hatású, mivel a reaktánsok parciális nyomása csökken. Megjegyzendő, hogy ebben az esetben a reakcióban részt nem vevő gázt inert gáznak tekintjük. Azokban a rendszerekben, ahol a gázmolok száma csökken, az inert gázok a kiindulási anyagok felé tolják el az egyensúlyt, ezért azokban a termelési folyamatokban, amelyekben inert gázok képződhetnek vagy felhalmozódhatnak, a gázvezetékek időszakos fújására van szükség.

A koncentráció hatása

A koncentráció hatása az egyensúlyi állapotra a következő szabályoknak engedelmeskedik:

Az egyik kiindulási anyag koncentrációjának növekedésével az egyensúly a reakciótermékek képződésének irányába tolódik el (jobbra);
Az egyik reakciótermék koncentrációjának növekedésével az egyensúly a kiindulási anyagok képződése irányába tolódik el (balra).

Jegyzetek

↑ A rövidített Le Chatelier-Brown elv szigorú (nem formulaszerű) levezetését Gibbs már szóban megadta „On the Equilibrium of Heterogeneous Substances” című művében – egyfajta paradoxon: D.W. Gibbs-képleteket általában leíró ekvivalenssé alakítanak át. - lásd A. I. Rusanov és M. M. Shultz cikkét (1960) Rusanov A. I., Shults M. M. Bulletin of the Leningrad University. 1960. No. 4. pp. 60-65 Archiválva : 2005. május 14. a Wayback Machine -nél
↑ I. P. Bazarov. Termodinamika . - M . : Felsőiskola, 1991. - S. 133. Archív másolat (elérhetetlen link) . Hozzáférés időpontja: 2012. február 18. Az eredetiből archiválva : 2013. október 7.. (határozatlan)