1.11: ル Châtelier の原理

1. 鉄チオシアン酸平衡溶液の調製

1. 場所 1 試験管に 1 M Fe (₃)₃溶液の滴は、2 mL の水で希釈します。場所 1 別の試験管に 1 M KSCN の滴は、2 mL の水で希釈します。これらの 2 つの試験管は、他の試験管と比較するコントロールとして機能します。
2. 試験管に 1 M Fe (₃)₃溶液 1 滴を配置します。
3. 試験管に 1 M KSCN の 1 滴を追加します。
4. テスト チューブに 16 mL の水を追加し、内容を徹底的にミックスします。
5. 所見を記録します。
6. 8 試験管に 2 mL の部分に混合物を分割します。試験管の 1 つはそのまま残っている、FeSCN^{2 +}制御として役立ちます。その他のテスト チューブ 1-7 を番号します。

2. 鉄 (iii) とチオシアン イオン平衡解の添加

1. テスト チューブ 1、1 M Fe (₃)₃溶液の 1 滴を追加します。
2. ミックスして所見を記録を振る。
3. テスト チューブ 2、1 KSCN 溶液の 1 滴を追加します。
4. ミックスして所見を記録を振る。

3. 平衡解に硝酸銀の添加

1. 試験管 3、0.1 M アグノ₃溶液 3 滴を追加します。
2. ミックスして所見を記録を振る。
3. 試験管に 1 M Fe (₃)₃の 3 滴を追加します。
4. ミックスして所見を記録を振る。
5. テスト チューブ 4、0.1 M アグノ₃溶液 3 滴を追加します。
6. ミックスして所見を記録を振る。
7. 試験管に 1 M KSCN の 3 滴を追加します。
8. ミックスして所見を記録を振る。

4. 平衡解リン酸カリウム添加

1. テスト チューブ 5、0.5 M K₃PO₄溶液 3 滴を追加します。
2. ミックスして所見を記録を振る。
3. 試験管に 1 M Fe (₃)₃の 3 滴を追加します。
4. ミックスして所見を記録を振る。
5. テスト チューブ 6、0.5 M K₃PO₄溶液 3 滴を追加します。
6. ミックスして所見を記録を振る。
7. 試験管に 1 M KSCN の 3 滴を追加します。
8. ミックスして所見を記録を振る。

5. 平衡解の温度の変化

1. 1-2 分の 70 ~ 80 ° C の水浴中試験管 7 を配置します。
2. 非加熱テスト チューブ (FeSCN^{2 +}コントロール) のソリューションに暖かいソリューションを比較し、所見を記録します。
3. テスト チューブ 3 の内容を収集し、実験廃棄物で 4 瓶ラベルの「銀」下水管の下の他のすべてのテスト チューブの中身を注ぐ。

ル・シュテリエの原理によれば、システムの均衡がストレスによって乱されると、システムはそれを補うようにシフトします。

化学システムが平衡状態にあるとき、その反応物や生成物の濃度に正味の変化はありません。濃度や温度などのパラメータを変更すると、平衡が乱れます。

システムは、新しい平衡に達するまで反応の方向をシフトすることによって再調整します。

このビデオでは、ル・シュトリエの原理を、濃度と温度が平衡状態での化学反応に及ぼす影響を示すことで紹介します。

可逆的な化学反応は、順反応と逆反応の2つの競合するプロセスで構成されています。これら2つのプロセスが同じ速度で発生すると、システムは平衡状態になります。ル・シェトリエの原理は、平衡状態にあるシステムがストレスを受けると、その擾乱を打ち消すためにシフトすると述べています。

例えば、平衡溶液中の反応物種の濃度が増加すると、平衡は生成物にシフトし、順反応の速度が増加します。最終的に、システムは新たな平衡に達するでしょう。

温度は反応成分と考えることもできます。発熱反応では、熱が放出され、生成物になります。吸熱反応では、周囲から熱が吸収され、反応物になります。したがって、熱を追加したり除去したりすると、平衡が乱れ、システムが調整されます。

この実験では、鉄(III)とチオシアン酸塩のイオン反応を調べて、鉄(III)チオシアン酸錯体を形成します。生成物は赤色で、反応物は黄色または無色であるため、平衡の変化を視覚的に観察できます。

これらの成分の濃度は、溶液に直接イオンを添加するか、不溶性塩の形成を通じて選択的に除去することによって変化します。この溶液に対する温度変化の影響も観察されます。

ル・シュテリエの原理を理解したところで、手続きを開始する準備が整いました。

手順を開始するには、1 M硝酸鉄溶液を1滴試験管に入れます。1 Mチオシアン酸カリウム溶液を1滴、2本目の試験管に入れます。それぞれを2mLの水で希釈します。これらの2つのチューブは、実験の残りの部分のコントロールとして機能します。

次に、新しいチューブに、各溶液を一滴加えます。16mLの水を加え、よく混ぜます。観察結果を記録します。

この混合物を7つのラベル付き試験管で2mLの部分に分けます。最初のチューブを鉄チオシアン酸塩コントロールとして脇に置きます。

次に、反応物をチューブ1に追加しますか?図6は、以下の表2による。種が追加されるたびに振って混ぜ、観察結果を記録します。

試験管7を1の温水浴に入れますか?2分温かい溶液を鉄チオシアン酸塩コントロールと比較し、観察結果を記録します。

溶液1および2では、反応物の濃度が増加するにつれて赤色が強くなりました。これは、平衡が右にシフトし、チオシアン酸鉄(III)の生成が増えたことを示しています。

硝酸銀を投与された溶液は無色になり、沈殿物を形成しました。チオシアン酸イオンを添加すると、赤色が再び現れました。鉄イオンを添加しても赤色は再現れませんでした。これらの観察結果から、チオシアン酸イオンは沈殿物中の溶液から選択的に除去されたと結論付けることができます。その濃度が減少するにつれて、平衡は左にシフトしました。チオシアン酸イオンを溶液に戻すと、平衡が右に戻ります。

リン酸カリウムを投与された溶液は、色あせて黄色になることが観察されました。鉄イオン濃度を上げると、再び赤色が現れ、溶液が濁りました。チオシアン酸イオン濃度を上げても効果はありませんでした。したがって、鉄が溶液から選択的に除去されてリン酸鉄塩を形成し、平衡が左にシフトしたと推測できます。リン酸鉄塩は、鉄を追加すると最終的に溶液から沈殿し、平衡は右に戻りました。

Solution 7 の赤色は、温度が上昇するにつれてオレンジ色に色あせました。この左への平衡シフトは、反応が発熱性であり、鉄チオシアン酸生成物が形成されると熱が発生することを示唆しています。

平衡シフトの概念は、幅広い科学分野でいくつかの応用があります。

Le Ch?telierの原理は、緩衝液がpH変化に抵抗する理由を説明しています。この例では、酢酸ナトリウム緩衝液を使用して、pHをほぼ一定に維持しました。

水溶液中では、酸解離は、陰イオンが水素イオンから解離する可逆反応です。緩衝液は、多くの場合、解離した水素イオン、弱酸、およびその陰イオンの平衡混合物です。その共役塩基としても知られています。

強酸を添加すると、完全に解離し、溶液中の水素イオンの濃度が増加します。弱酸反応の平衡はそれに応じて左にシフトし、水素イオンの濃度が減少し、新たな平衡に達するまで続きます。このため、緩衝液は、さまざまな化学用途でpHをほぼ一定の値に保つ手段として使用されています。

重合は、分子を反応させてポリマー鎖を形成するプロセスであり、細菌の細胞分裂に不可欠です。この例では、さまざまな条件下でFtsZ沈降アッセイを行うことにより、Le Ch?tlelierの原理が観察されました。9種類のバッファーを作製し、それぞれが独自の組成とpH値を持ちました。重合を誘導し、その後90?角度光散乱。その結果、pHと緩衝液の組成の両方が重合に影響を与え、それぞれが反応の平衡をシフトするストレッサーを提供することがわかりました。

最後に、Le Ch?tlelierの原理は、有機反応における材料の生成と回収に使用できます。この例では、アンモニウムは窒素に富むストリームから回収されました。

流れは電気化学システムを通過し、水を酸化し、アンモニウムイオンの分離を可能にしました。次に、これらのイオンを高pHにさらし、平衡をシフトさせ、アンモニウムから揮発性アンモニアへの変換を促進しました。

次に、この捕捉されたアンモニアをストリッピングおよび吸収カラムに通して、アンモニアを酸性媒体に閉じ込め、平衡を他の方向にシフトさせました。

JoVEの「Le Ch?terie's Principle」による反応に対する温度と濃度の影響の紹介をご覧になりました。これで、平衡の概念、濃度の変化がどのようにシフトを引き起こすか、および熱が反応成分と見なすことができることを理解できたはずです。

ご覧いただきありがとうございます!