The prinsip Le Chatelier menerangkan balas sistem dalam keseimbangan untuk mengatasi kesan-kesan yang disebabkan oleh agen luaran. Ia dirumuskan pada tahun 1888 oleh ahli kimia Perancis Henry Louis Le Chatelier. Ia digunakan pada sebarang tindak balas kimia yang mampu mencapai keseimbangan dalam sistem tertutup.

Apakah sistem tertutup? Ia adalah satu di mana terdapat pemindahan tenaga di antara sempadannya (misalnya, sebuah kubus), tetapi bukan masalah. Namun, untuk melakukan perubahan dalam sistem, perlu membukanya, dan kemudian tutup lagi untuk mengkaji bagaimana ia bertindak balas terhadap gangguan (atau perubahan).

Henry Louis Le Chatelier

Setelah ditutup, sistem akan kembali ke keseimbangan dan cara mencapainya dapat diramalkan berkat prinsip ini. Adakah keseimbangan baru sama dengan yang lama? Ia bergantung pada masa di mana sistem mengalami gangguan luaran; jika ia bertahan cukup lama, keseimbangan baru berbeza.

Apa itu terdiri?

Persamaan kimia berikut sesuai dengan tindak balas yang telah mencapai keseimbangan:

aA + bB <=> cC + dD

Dalam ungkapan ini a, b, c dan d adalah pekali stoikiometrik. Oleh kerana sistem ditutup, tidak ada reaktan (A dan B) atau produk (C dan D) dari luar yang mengganggu keseimbangan.

Tetapi apa sebenarnya keseimbangan? Apabila ini ditetapkan, kadar reaksi maju (ke kanan) dan mundur (ke kiri) menyamakan kedudukan. Akibatnya, kepekatan semua spesies tetap berterusan dari masa ke masa.

Perkara di atas dapat difahami dengan cara ini: begitu sedikit A dan B bertindak balas untuk menghasilkan C dan D, mereka bereaksi satu sama lain pada masa yang sama untuk menjana semula A dan B yang habis, dan seterusnya selagi sistem tetap dalam keseimbangan.

Walau bagaimanapun, apabila gangguan diterapkan pada sistem - sama ada dengan penambahan A, panas, D atau dengan mengurangkan kelantangan -, prinsip Le Chatelier meramalkan bagaimana ia akan bertindak untuk mengatasi kesan yang disebabkan, walaupun tidak menjelaskan mekanisme molekul dengan membiarkannya kembali ke keseimbangan.

Oleh itu, bergantung pada perubahan yang dibuat, rasa reaksi dapat disukai. Sebagai contoh, jika B adalah sebatian yang diinginkan, perubahan dilakukan sedemikian rupa sehingga keseimbangan beralih ke pembentukannya.

Faktor yang mengubah keseimbangan kimia

Untuk memahami prinsip Le Chatelier, pendekatan yang sangat baik adalah dengan menganggap bahawa keseimbangan terdiri daripada skala.

Dilihat dari pendekatan ini, reagen ditimbang di kuali kiri (atau bakul) dan produk ditimbang di kuali kanan. Dari sini, ramalan tindak balas sistem (keseimbangan) menjadi mudah.

Perubahan kepekatan

aA + bB <=> cC + dD

Anak panah ganda dalam persamaan mewakili batang keseimbangan dan garis bawah yang digariskan. Jadi jika kuantiti (gram, miligram, dll.) A ditambahkan ke sistem, akan ada lebih banyak berat pada kuali kanan dan sisanya akan condong ke sisi itu.

Akibatnya, plat C + D naik; dengan kata lain, ia mendapat kepentingan berbanding hidangan A + B. Dengan kata lain: dengan penambahan A (seperti dengan B) keseimbangan memindahkan produk C dan D ke atas.

Dari segi kimia, keseimbangan akhirnya beralih ke kanan: ke arah penghasilan lebih banyak C dan D.

Sebaliknya berlaku sekiranya kuantiti C dan D ditambahkan ke sistem: panci kiri menjadi lebih berat, menyebabkan panci kanan terangkat.

Sekali lagi, ini mengakibatkan peningkatan kepekatan A dan B; oleh itu, pergeseran keseimbangan dihasilkan ke kiri (reaktan).

Perubahan tekanan atau isipadu

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

Perubahan tekanan atau isipadu yang disebabkan dalam sistem hanya mempunyai kesan yang ketara pada spesies dalam keadaan gas. Walau bagaimanapun, untuk persamaan kimia yang lebih tinggi tidak ada perubahan yang akan mengubah keseimbangan.

Kenapa? Kerana jumlah mol mol pada kedua-dua sisi persamaan adalah sama.

Keseimbangan akan berusaha untuk mengimbangi perubahan tekanan, tetapi kerana kedua-dua reaksi (langsung dan terbalik) menghasilkan jumlah gas yang sama, ia tetap tidak berubah. Sebagai contoh, untuk persamaan kimia berikut, keseimbangan bertindak balas terhadap perubahan ini:

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

Di sini, dalam menghadapi penurunan volume (atau peningkatan tekanan) dalam sistem, keseimbangan akan menaikkan panci untuk mengurangkan kesan ini.

Bagaimana? Menurunkan tekanan, melalui pembentukan E. Ini kerana, kerana A dan B memberikan tekanan lebih banyak daripada E, mereka bertindak balas untuk menurunkan kepekatan mereka dan meningkatkan tekanan E.

Begitu juga, prinsip Le Chatelier meramalkan kesan peningkatan jumlah. Apabila ini berlaku, keseimbangan kemudiannya perlu untuk mengatasi kesannya dengan mempromosikan pembentukan tahi lalat gas yang mengembalikan kehilangan tekanan; kali ini, mengalihkan keseimbangan ke kiri, mengangkat kuali A + B.

Suhu berubah

Panas boleh dianggap reaktif dan produk. Oleh itu, bergantung pada entalpi tindak balas (ΔHrx), tindak balasnya adalah eksotermik atau endotermik. Kemudian haba diletakkan di sebelah kiri atau kanan persamaan kimia.

aA + bB + haba <=> cC + dD (tindak balas endotermik)

aA + bB <=> cC + dD + haba (tindak balas eksotermik)

Di sini, pemanasan atau penyejukan sistem menghasilkan tindak balas yang sama seperti dalam hal perubahan kepekatan.

Sebagai contoh, jika tindak balas adalah eksotermik, sistem penyejukan akan mendorong perpindahan keseimbangan ke kiri; sementara jika dipanaskan, reaksi berterusan dengan kecenderungan yang lebih besar ke kanan (A + B).

Permohonan

Di antara penerapannya yang tidak terkira banyaknya, memandangkan banyak reaksi mencapai keseimbangan, ada yang berikut:

Dalam proses Haber

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

Persamaan kimia atas sesuai dengan pembentukan ammonia, salah satu sebatian utama yang dihasilkan pada skala industri.

Di sini, syarat yang ideal untuk mendapatkan NH ₃ adalah keadaan di mana suhunya tidak terlalu tinggi dan begitu juga di mana terdapat tahap tekanan yang tinggi (200 hingga 1000 atm).

Dalam berkebun

Hidrangeas ungu (gambar atas) mewujudkan keseimbangan dengan aluminium (Al ³⁺ ) yang terdapat di tanah. Kehadiran logam ini, asid Lewis, menghasilkan pengasidan mereka.

Namun, di tanah asas bunga hidrangeas berwarna merah, kerana aluminium tidak larut di tanah ini dan tidak dapat digunakan oleh tanaman.

Seorang tukang kebun yang biasa dengan prinsip Le Chatelier dapat mengubah warna hidranya dengan mengasidkan tanah dengan cerdik.

Dalam pembentukan gua