Le Chatelier-Brown princip

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 1 oktober 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Principen för Le Chatelier - Brown ( 1884 ) - om ett system i stabil jämvikt påverkas utifrån och ändrar något av jämviktsförhållandena ( temperatur , tryck , koncentration , externt elektromagnetiskt fält ), så intensifieras processerna i systemet , riktad åt sidan av motståndet mot förändring.

Henri Le Chatelier ( Frankrike ) formulerade denna termodynamiska princip om rörlig jämvikt, senare generaliserad av Karl Brown [1] .

Principen är tillämplig på jämvikt av alla slag: mekanisk, termisk, kemisk, elektrisk ( Lenz-effekt , Peltier-fenomen ) [2] .

Om yttre förhållanden förändras leder detta till en förändring av ämnens jämviktskoncentrationer. I det här fallet talar man om en kränkning eller förskjutning av kemisk jämvikt .

Den kemiska jämvikten skiftar i en eller annan riktning när någon av följande parametrar ändras:

systemets temperatur, det vill säga när det värms eller kyls
tryck i systemet, det vill säga när det komprimeras eller expanderas
koncentration av en av deltagarna i den reversibla reaktionen

Effekten av temperatur

Symbolen +Q eller −Q , skriven i slutet av den termokemiska ekvationen, kännetecknar den termiska effekten av den direkta reaktionen. Den är lika stor som den termiska effekten av den omvända reaktionen, men motsatt i tecken.

Effekten av temperatur beror på tecknet på reaktionens termiska effekt. När temperaturen stiger skiftar den kemiska jämvikten i den endotermiska reaktionens riktning , när temperaturen sjunker, i riktning mot den exoterma reaktionen . I det allmänna fallet, när temperaturen ändras, skiftar den kemiska jämvikten mot processen, tecknet på förändringen i entropi i vilken sammanfaller med tecknet på temperaturförändringen.

Temperaturberoendet för jämviktskonstanten i kondenserade system beskrivs av van't Hoffs isobarekvation :

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

i system med gasfas - enligt van't Hoffs isokorekvation

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

I ett litet temperaturintervall i kondenserade system uttrycks förhållandet mellan jämviktskonstanten och temperaturen med följande ekvation:

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

Till exempel i ammoniaksyntesreaktionen

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

den termiska effekten under standardförhållanden är +92 kJ/mol, reaktionen är exoterm, därför leder en ökning av temperaturen till en förskjutning av jämvikten mot utgångsmaterialen och en minskning av produktutbytet.

Effekt av tryck

Trycket påverkar avsevärt jämviktspositionen i reaktioner som involverar gasformiga ämnen, åtföljd av en förändring i volym på grund av en förändring i mängden ämne i övergången från utgångsämnen till produkter:

Med ökande tryck skiftar jämvikten i den riktning i vilken det totala antalet mol gaser minskar och vice versa.

I ammoniaksyntesreaktionen halveras mängden gaser: N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Detta innebär att med ökande tryck skiftar jämvikten mot bildandet av NH 3 , vilket framgår av följande data för ammoniaksyntesreaktionen vid 400 ° C:

tryck, MPa	0,1	tio	tjugo	trettio	60	100
volymfraktion av NH 3 , %	0,4	26	36	46	66	80

Påverkan av inerta gaser

Införandet av inerta gaser i reaktionsblandningen eller bildningen under reaktionen av inerta gaser har samma effekt som tryckminskningen, eftersom partialtrycket för reaktanterna minskar. Det bör noteras att i detta fall betraktas en gas som inte deltar i reaktionen som en inert gas. I system med en minskning av antalet mol gaser förskjuter inerta gaser jämvikten mot utgångsmaterialen, därför krävs det i produktionsprocesser där inerta gaser kan bildas eller ackumuleras periodisk blåsning av gasledningar.

Koncentrationens inverkan

Koncentrationens inverkan på jämviktstillståndet följer följande regler:

Med en ökning av koncentrationen av en av utgångsämnena skiftar jämvikten i riktning mot bildandet av reaktionsprodukter (till höger);
Med en ökning av koncentrationen av en av reaktionsprodukterna skiftar jämvikten i riktning mot bildandet av utgångsämnena (till vänster).

Anteckningar

↑ En rigorös (inte formel) härledning av den förkortade Le Chatelier-Brown-principen har redan getts verbalt av Gibbs i verket "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" - en slags paradox: D.W. Gibbs formler omvandlas vanligtvis till en beskrivande ekvivalent. - se artikeln av A.I. Rusanov och M. M. Shultz (1960) Rusanov A. I., Shults M. M. Bulletin of the Leningrad University. 1960. Nr 4. s. 60-65 Arkiverad 14 maj 2005 på Wayback Machine
↑ I. P. Bazarov. Termodynamik . - M . : Higher School, 1991. - S. 133. Arkiverad kopia (otillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 18 februari 2012. Arkiverad från originalet den 7 oktober 2013. (obestämd)