Principio di Le Châtelier

Secondo il principio di Le Châtelier, se l'equilibrio di un sistema è disturbato da uno stress, il sistema si sposterà per compensare.

Quando un sistema chimico è in equilibrio, non vi è alcuna variazione netta nella concentrazione dei suoi reagenti o prodotti. Se un qualsiasi parametro, come la concentrazione o la temperatura, viene alterato, l'equilibrio viene disturbato.

Il sistema si riaggiusta spostando la direzione della reazione fino a raggiungere un nuovo equilibrio.

Questo video dimostrerà il principio di Le Chötelier mostrando l'influenza della concentrazione e della temperatura sulle reazioni chimiche all'equilibrio.

Le reazioni chimiche reversibili consistono in due processi concorrenti: la reazione diretta e la reazione inversa. Quando questi due processi avvengono alla stessa velocità, il sistema è in equilibrio. Il principio di Le Chütelier afferma che, quando un sistema in equilibrio è stressato, si sposterà per contrastare il disturbo.

Ad esempio, se la concentrazione di una specie reagente in una soluzione di equilibrio viene aumentata, l'equilibrio si sposterà verso i prodotti, aumentando la velocità della reazione diretta. Alla fine, il sistema raggiungerà un nuovo equilibrio.

La temperatura può anche essere considerata come un componente di reazione. Nelle reazioni esotermiche, il calore viene rilasciato, rendendolo un prodotto. Nelle reazioni endotermiche, il calore viene assorbito dall'ambiente circostante, rendendolo un reagente. Pertanto, l'aggiunta o la rimozione di calore disturberà l'equilibrio e il sistema si regolerà.

Questo esperimento esaminerà la reazione ionica del ferro (III) con il tiocianato per formare un complesso di tiocianato di ferro (III). Il prodotto è rosso, mentre i reagenti sono gialli o incolori, consentendo di osservare visivamente gli spostamenti di equilibrio.

Le concentrazioni di questi componenti saranno alterate aggiungendo direttamente ioni alla soluzione o rimuovendoli selettivamente attraverso la formazione di sali insolubili. Si osserverà anche l'effetto di un cambiamento di temperatura su questa soluzione.

Ora che hai compreso il Principio di Le Châtelier, sei pronto per iniziare la procedura.

Per iniziare la procedura, mettere una goccia di soluzione di nitrato di ferro 1 M in una provetta. Mettere una goccia di soluzione di tiocianato di potassio 1 M in una seconda provetta. Diluire ciascuno con 2 ml di acqua. Questi due tubi serviranno come controlli per il resto dell'esperimento.

Quindi, in un nuovo tubo, aggiungere una goccia di ciascuna soluzione. Aggiungere 16 ml di acqua e mescolare accuratamente. Registrare eventuali osservazioni.

Dividi questa miscela in porzioni da 2 ml in sette provette etichettate. Mettere da parte il tubo iniziale come controllo del tiocianato di ferro.

Quindi, aggiungere i reagenti alle provette 1 ? 6 secondo la tabella 2 di seguito. Agitare per mescolare ogni volta che viene aggiunta una specie e registrare eventuali osservazioni.

Mettere la provetta 7 in un bagno di acqua calda per 1 ? 2 minuti Confrontare la soluzione calda con il controllo del tiocianato di ferro e registrare eventuali osservazioni.

Nelle soluzioni 1 e 2, il colore rosso si intensificava all'aumentare della concentrazione dei reagenti. Ciò indica che l'equilibrio si è spostato verso destra, portando alla produzione di più tiocianato di ferro (III).

Le soluzioni che ricevevano nitrato d'argento divennero incolori e formarono un precipitato. L'aggiunta di ione tiocianato ha causato la ricomparsa del colore rosso. Il colore rosso non ricomparve quando fu aggiunto lo ione ferro. Da queste osservazioni, si può concludere che lo ione tiocianato è stato selettivamente rimosso dalla soluzione nel precipitato. Man mano che la sua concentrazione diminuiva, l'equilibrio si spostava a sinistra. L'aggiunta di ione tiocianato in soluzione ha causato lo spostamento dell'equilibrio verso destra.

Si è osservato che le soluzioni che hanno ricevuto fosfato di potassio sbiadiscono e diventano gialle. Quando la concentrazione di ioni ferro è stata aumentata, il colore rosso è riapparso e la soluzione è diventata torbida. L'aumento della concentrazione di ioni tiocianato non ha avuto alcun effetto. Pertanto, si può dedurre che il ferro è stato selettivamente rimosso dalla soluzione per formare un sale di fosfato di ferro, causando lo spostamento dell'equilibrio a sinistra. Il sale di fosfato di ferro alla fine precipitò fuori dalla soluzione quando fu aggiunto altro ferro e l'equilibrio si spostò di nuovo verso destra.

Il colore rosso della Soluzione 7 sbiadiva all'aumentare della temperatura. Questo spostamento dell'equilibrio verso sinistra suggerisce che la reazione è esotermica e che il calore viene generato quando si forma il prodotto del tiocianato di ferro.

Il concetto di spostamento dell'equilibrio ha diverse applicazioni in una vasta gamma di campi scientifici.

Il principio di Le Chütelier spiega perché le soluzioni tampone resistono al cambiamento di pH. In questo esempio, è stata utilizzata una soluzione tampone di acetato di sodio per mantenere un pH quasi costante.

In soluzione acquosa, la dissociazione acida è una reazione reversibile in cui gli anioni si dissociano dagli ioni idrogeno. Le soluzioni tampone sono spesso una miscela di equilibrio di ioni idrogeno dissociati, un acido debole e il suo anione ?? Conosciuto anche come la sua base coniugata.

Se viene aggiunto un acido forte, si dissocierà completamente, aumentando la concentrazione degli ioni idrogeno in soluzione. L'equilibrio della reazione dell'acido debole si sposta a sinistra in risposta, riducendo la concentrazione di ioni idrogeno fino a raggiungere un nuovo equilibrio. Per questo motivo, le soluzioni tampone vengono utilizzate come mezzo per mantenere il pH a un valore quasi costante in un'ampia varietà di applicazioni chimiche.

La polimerizzazione, il processo di far reagire le molecole insieme per formare catene polimeriche, è essenziale per la divisione cellulare batterica. In questo esempio, il principio di Le Chütlelier è stato osservato eseguendo saggi di sedimentazione FtsZ in varie condizioni. Sono stati creati nove tamponi, ciascuno con composizioni e valori di pH unici. La polimerizzazione è stata indotta, quindi monitorata da 90? Diffusione angolare della luce. Si è scoperto che sia il pH che la composizione del tampone influenzavano la polimerizzazione, poiché ciascuno forniva un fattore di stress che spostava l'equilibrio della reazione.

Infine, il principio di Le Chütlelier può essere utilizzato nella produzione e nel recupero di materiali nelle reazioni organiche. In questo esempio, l'ammonio è stato recuperato da corsi d'acqua ricchi di azoto.

Il flusso è stato fatto passare attraverso un sistema elettrochimico, ossidando l'acqua e consentendo la separazione degli ioni ammonio. Questi ioni sono stati quindi sottoposti a pH elevato, spostando il loro equilibrio e guidando la conversione dell'ammonio in ammoniaca volatile.

L'ammoniaca catturata è stata poi fatta passare attraverso una colonna di strippaggio e assorbimento per intrappolare l'ammoniaca in un mezzo acido, spostando l'equilibrio nella direzione opposta.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE all'influenza della temperatura e della concentrazione sulle reazioni secondo il principio di Le Châtelier. Ora dovresti capire il concetto di equilibrio, come i cambiamenti di concentrazione causeranno cambiamenti e che il calore può essere considerato un componente di reazione.

Grazie per l'attenzione!