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출처: 린 오코넬 박사 연구소 — 보스턴 칼리지
평형에서 시스템의 조건이 변경되면, 시스템은 평형을 유지하는 방식으로 반응한다. 1888년 헨리-루이스 르 샤텔리에(Henri-Lewis Le Châtelier)는 "온도, 압력 또는 농도의 변화가 화학적 평형의 시스템을 방해할 때 평형 조성물의 변화에 의해 상쇄될 것"이라고 원칙을 설명했다.
이 실험은 철(III) 이온과 티오시야네이트 이온 사이의 가역적인 반응에서 르 샤텔리에의 원리를 보여줍니다.
Fe3+(aq)+ SCN- (aq) 
FeSCN2+ (aq)
이온 중 하나의 농도는 용액에 하나의 이온양을 직접 추가하거나 불용성 염의 형성을 통해 용액에서 이온을 선택적으로 제거하여 변경됩니다. 색상 변화의 관찰은 평형이 제품 이나 반응제의 형성을 선호하기 위해 이동했는지 여부를 나타냅니다. 또한, 평형에서 용액에 대한 온도 변화의 효과를 관찰할 수 있으며, 이는 반응이 외형인지 또는 엔더럴인지 여부를 결론짓는 능력으로 이어집니다.
1. 철(III) 티오시야네이트 평형 솔루션 준비
2. 평형 용액에 철(III) 및 티오샤네이트 이온 추가
3. 평형 솔루션에 실버 질산염 추가
4. 평형 용액에 인산칼륨 추가
5. 평형 솔루션의 온도 변경
Le Châtelier의 원칙에 따르면, 시스템의 평형이 스트레스에 의해 방해되는 경우, 시스템은 보상하기 위해 이동합니다.
화학 시스템이 평형에있을 때, 그 반응제 또는 제품의 농도에 그물 변화가 없습니다. 농도 또는 온도와 같은 매개 변수가 변경되면 평형이 방해됩니다.
시스템은 새로운 평형에 도달할 때까지 반응의 방향을 이동하여 재조정합니다.
이 비디오는 평형에서 화학 반응에 대한 집중력과 온도의 영향을 보여 줌으로써 르 샤텔리에의 원리를 보여줍니다.
가역적인 화학 반응은 두 가지 경쟁 과정으로 구성됩니다: 전방 반응, 및 역반응. 이 두 프로세스가 동일한 속도로 발생하면 시스템이 평형에 있습니다. 르 샤텔리에의 원칙은 평형의 시스템이 강조될 때, 교란에 대처하기 위해 전환될 것이라고 명시하고 있다.
예를 들어, 평형 용액에서 반응종의 농도가 증가하면 평형이 제품으로 이동하여 전방 반응의 속도를 증가시게 됩니다. 결국, 시스템은 새로운 평형에 도달할 것입니다.
온도는 또한 반응 성분으로 생각할 수 있습니다. 외신 반응에서 열이 방출되어 제품이 됩니다. 엔더피즘 반응에서 열은 주변에서 흡수되어 반응성입니다. 따라서 열을 추가하거나 제거하면 평형을 방해하고 시스템이 조정됩니다.
이 실험은 철분 (III) 티오오카네이트 복합체를 형성하기 위해 티오샤네이트와 철 (III)의 이온 반응을 볼 것이다. 제품은 빨간색이며, 반응제는 노란색또는 무색으로, 평형의 변화를 시각적으로 관찰할 수 있습니다.
이러한 성분의 농도는 용액에 이온을 직접 추가하거나 불용성 염의 형성을 통해 선택적으로 제거하여 변경됩니다. 이 솔루션에 대한 온도 변화의 효과도 관찰됩니다.
이제 르 샤텔리에의 원리를 이해하게 되었으므로 절차를 시작할 준비가 되었습니다.
절차를 시작하려면 1M 다림질산염 용액을 테스트 튜브에 1방울 을 놓습니다. 두 번째 테스트 튜브에 1M 칼륨 티오세네이트 용액 1방울을 놓습니다. 각각 2mL의 물로 희석합니다. 이 두 튜브는 실험의 나머지 부분에 대한 컨트롤 역할을합니다.
다음으로 새 튜브에 각 솔루션 한 방울을 추가합니다. 16mL의 물을 넣고 철저히 섞습니다. 모든 관측을 기록합니다.
이 혼합물을 7개의 표지된 시험관에 2mL 부분으로 나눕니다. 초기 튜브를 철 틸오카네이트 컨트롤로 따로 놓습니다.
다음으로, 아래 표 2에 따라 튜브 1 - 6에 반응제를 추가합니다. 종을 추가 할 때마다 혼합 흔들어, 어떤 관측을 기록합니다.
테스트 튜브 7을 1-2분 동안 온수 욕조에 넣습니다. 따뜻한 용액을 철 틸오카네이트 컨트롤에 비교하고 관찰을 기록합니다.
1 및 2의 경우 반응제의 농도가 증가함에 따라 적색이 강화되었다. 이것은 평형이 오른쪽으로 이동하여 더 많은 철 (III) 티오키아네이트의 생산으로 이어진다는 것을 나타냅니다.
실버 질산염을 받은 솔루션은 무색이 되어 침전을 형성했습니다. 티오카네이트 이온이 첨가되면서 붉은 색이 다시 나타납니다. 철 이온이 추가되었을 때 빨간색이 다시 나타나지 않았습니다. 이러한 관찰에서, 티오야네이트 이온이 침전물에서 용액으로부터 선택적으로 제거되었다는 결론을 내릴 수 있다. 농도가 감소함에 따라 평형은 왼쪽으로 이동했습니다. 티오카네이트 이온을 다시 솔루션에 넣으면 평형이 오른쪽으로 다시 이동하게 되었습니다.
인산칼륨을 받은 용액은 퇴색하고 노랗게 변하는 것으로 관찰되었다. 철이 온 농도가 증가했을 때, 붉은 색이 다시 나타나고 용액이 흐리게되었습니다. 티오카네이트 이온 농도를 늘리는 것은 아무런 효과가 없었다. 따라서 철분이 용액에서 선택적으로 제거되어 철인염을 형성하여 평형을 왼쪽으로 이동시키는 원인이 된다고 추론할 수 있다. 철인산염은 철분이 더 많이 추가되었을 때 결국 용액에서 침전되었고 평형은 다시 오른쪽으로 이동했습니다.
온도가 증가함에 따라 솔루션 7의 붉은 색이 주황색으로 희미해졌습니다. 왼쪽으로 의이 평형 이동은 반응이 외형이며, 철 틸오카네이트 생성물이 형성될 때 열이 생성된다는 것을 시사한다.
평형 이동의 개념은 과학 분야의 넓은 범위에서 여러 응용 프로그램이 있습니다.
Le Châtelier의 원리는 버퍼 솔루션이 pH 변화에 저항하는 이유를 설명합니다. 이 예에서 아세테이트 나트륨 버퍼 용액은 거의 일정한 pH를 유지하는 데 사용되었습니다.
수성 용액에서 산 성 해리는 음이온이 수소 이온으로부터 해리되는 가역 반응입니다. 완충액은 종종 해리된 수소 이온, 약한 산 및 음핵의 평형 혼합물입니다.
강한 산이 첨가되면 완전히 해리되어 용액에서 수소 이온의 농도가 증가합니다. 약한 산성 반응의 평형은 반응으로 왼쪽으로 이동하여 새로운 평형에 도달할 때까지 수소 이온의 농도를 감소시킵니다. 이 때문에 버퍼 솔루션은 다양한 화학 응용 분야에서 pH를 거의 일정한 가치로 유지하는 수단으로 사용됩니다.
중합, 폴리머 사슬을 형성하기 위해 분자를 함께 반응하는 과정은 세균 세포 분열에 필수적입니다. 이 예에서 Le Châtlelier의 원리는 다양한 조건하에서 FtsZ 퇴적물 소서를 수행하여 관찰되었습니다. 각각 고유한 컴포지션과 pH 값을 가진 9개의 버퍼가 만들어졌습니다. 중합은 유도된 다음 90° 각도 광 산란에 의해 모니터링되었다. pH와 완충조성모두 반응의 평형을 이동하는 응력을 제공함에 따라 중합화에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
마지막으로, 르 샤틀리에의 원리는 유기 반응의 재료의 생산 및 회수에 사용될 수 있습니다. 이 예에서, 암모늄은 질소가 풍부한 스트림에서 회수되었다.
스트림은 전기 화학 시스템을 통과하여 물을 산화하고 암모늄 이온의 분리를 허용했습니다. 이 이온은 그 때 그들의 평형을 이동하고, 휘발성 암모니아에 암모늄의 변환을 몰고 높은 pH를 복종하였다.
이 포획된 암모니아는 산성 배지에서 암모니아를 포획하기 위해 스트리핑 및 흡수 컬럼을 통과하여 다른 방향으로 평형을 이동하였다.
당신은 단지 르 샤텔리에의 원칙에 따라 반응에 온도와 농도의 영향에 대한 JoVE의 소개를 보았다. 평형의 개념, 농도의 변화가 어떻게 변화를 일으키는지, 열은 반응 구성 요소로 간주될 수 있는지 이해해야 합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
르 첼텔리에(Le Ch?telier)의 원리에 따르면, 시스템의 평형이 스트레스에 의해 방해를 받으면 시스템은 이를 보상하기 위해 변화합니다.
화학 시스템이 평형 상태에 있을 때 반응물 또는 생성물의 농도에는 순 변화가 없습니다. 농도 또는 온도와 같은 매개변수가 변경되면 평형이 방해를 받습니다.
시스템은 새로운 평형에 도달할 때까지 반응 방향을 이동하여 재조정합니다.
이 비디오는 평형 상태에서 화학 반응에 대한 농도와 온도의 영향을 보여줌으로써 Le Ch?telier의 원리를 보여줍니다.
가역적 화학 반응은 순방향 반응과 역방향 반응의 두 가지 경쟁 과정으로 구성됩니다. 이 두 프로세스가 같은 비율로 발생하면 시스템은 평형 상태에 있습니다. Le Ch?telier의 원리에 따르면 평형 상태에 있는 시스템이 스트레스를 받으면 교란을 상쇄하기 위해 이동한다고 합니다.
예를 들어, 평형 용액에서 반응물 종의 농도가 증가하면 평형이 생성물 쪽으로 이동하여 순방향 반응의 속도가 증가합니다. 결국 시스템은 새로운 평형에 도달하게 될 것입니다.
온도는 반응 성분으로 생각할 수도 있습니다. 발열 반응에서는 열이 방출되어 생성물로 만들어집니다. 흡열 반응에서는 열이 주변으로부터 흡수되어 반응물이 됩니다. 따라서 열을 추가하거나 제거하면 평형이 방해받고 시스템이 조정됩니다.
이 실험은 철 (III) 티오시아네이트 복합체를 형성하기 위해 철 (III)과 티오시아네이트의 이온 반응을 볼 것입니다. 생성물은 빨간색이고 반응물은 노란색 또는 무색이므로 평형의 변화를 육안으로 관찰할 수 있습니다.
이러한 성분의 농도는 용액에 이온을 직접 첨가하거나 불용성 염의 형성을 통해 이온을 선택적으로 제거함으로써 변경됩니다. 이 용액에 대한 온도 변화의 영향도 관찰됩니다.
이제 Le Ch?telier의 원리를 이해했으므로 절차를 시작할 준비가 되었습니다.
절차를 시작하려면 1M 질산철 용액 한 방울을 시험관에 떨어뜨립니다. 두 번째 시험관에 1M 티오시아네이트 칼륨 용액 한 방울을 떨어뜨립니다. 각각 물 2mL로 희석하십시오. 이 두 개의 튜브는 나머지 실험에 대한 대조군 역할을 합니다.
다음으로, 새 튜브에 각 용액을 한 방울 떨어뜨립니다. 물 16mL를 넣고 잘 섞는다. 관찰 내용을 모두 기록합니다.
이 혼합물을 7개의 라벨링된 시험관에 2mL 부분으로 나눕니다. 초기 튜브를 철 티오시아네이트 제어로 따로 보관하십시오.
다음으로, 반응물을 튜브 1에 추가합니다. 6 아래 표 2에 따르면. 종이 추가될 때마다 혼합하도록 흔들고 관찰 내용을 기록합니다.
시험관 7을 1 동안 뜨거운 수조에 넣으십시오. 2분 온난 용액을 철 티오시아네이트 대조군과 비교하고 관찰 결과를 기록합니다.
용액 1과 2에서는 반응물의 농도가 증가함에 따라 붉은색이 강화되었습니다. 이것은 평형이 오른쪽으로 이동하여 더 많은 철(III) 티오시아네이트가 생성되었음을 나타냅니다.
질산은을 받은 용액은 무색이 되어 침전물을 형성했습니다. 티오시아네이트 이온의 첨가로 붉은 색이 다시 나타났습니다. 철 이온을 첨가했을 때 붉은 색이 다시 나타나지 않았습니다. 이러한 관찰로부터, 티오시아네이트 이온이 침전물의 용액에서 선택적으로 제거되었다는 결론을 내릴 수 있습니다. 농도가 감소함에 따라 평형은 왼쪽으로 이동했습니다. 티오시아네이트 이온을 용액에 다시 첨가하면 평형이 다시 오른쪽으로 이동하게 되었습니다.
인산칼륨을 투여한 용액은 퇴색하고 황색으로 변하는 것이 관찰되었습니다. 철 이온 농도가 증가하면 붉은 색이 다시 나타나고 용액이 흐려졌습니다. 티오시아네이트 이온 농도를 증가시키는 것은 효과가 없었다. 따라서, 철이 용액에서 선택적으로 제거되어 인산철 염을 형성하여 평형이 왼쪽으로 이동하게 되었다고 추론할 수 있습니다. 인산철 염은 더 많은 철이 첨가되었을 때 결국 용액에서 침전되었고, 평형은 다시 오른쪽으로 이동했습니다.
용액 7의 빨간색은 온도가 상승함에 따라 주황색으로 희미해졌습니다. 이 왼쪽으로의 평형 이동은 반응이 발열적이며 철 티오시아네이트 생성물이 형성될 때 열이 발생한다는 것을 암시합니다.
평형 이동의 개념은 광범위한 과학 분야에서 여러 가지 응용 분야를 가지고 있습니다.
Le Ch?telier의 원리는 완충 용액이 pH 변화에 저항하는 이유를 설명합니다. 이 예에서는 거의 일정한 pH를 유지하기 위해 아세트산나트륨 완충 용액을 사용했습니다.
수용액에서 산 해리는 음이온이 수소 이온에서 해리되는 가역적 반응입니다. 완충 용액은 종종 해리된 수소 이온, 약산 및 그 음이온 ?? 켤레 염기라고도 합니다.
강산이 첨가되면 완전히 해리되어 용액 내 수소 이온의 농도가 증가합니다. 약산 반응의 평형은 반응으로 왼쪽으로 이동하여 새로운 평형에 도달할 때까지 수소 이온의 농도를 감소시킵니다. 이 때문에 완충 용액은 다양한 화학 응용 분야에서 pH를 거의 일정한 값으로 유지하는 수단으로 사용됩니다.
분자를 서로 반응시켜 고분자 사슬을 형성하는 과정인 중합은 박테리아 세포 분열에 필수적입니다. 이 예에서는 다양한 조건에서 FtsZ 침강 분석을 수행하여 Le Ch?tlelier의 원리를 관찰했습니다. 9개의 완충액이 생성되었으며, 각 완충액은 고유한 조성과 pH 값을 가졌습니다. 중합을 유도한 후 90? 각도 광 산란. pH와 완충액 조성은 모두 중합에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌는데, 이는 각각이 반응의 평형을 변화시키는 스트레스 요인을 제공하기 때문입니다.
마지막으로, Le Ch?tlelier의 원리는 유기 반응에서 물질의 생산 및 회수에 사용할 수 있습니다. 이 예에서는 질소가 풍부한 스트림에서 암모늄이 회수되었습니다.
흐름은 전기 화학 시스템을 통과하여 물을 산화시키고 암모늄 이온을 분리 할 수있게했습니다. 그런 다음 이러한 이온은 높은 pH에 노출되어 평형을 변화시키고 암모늄을 휘발성 암모니아로 전환시켰습니다.
이 포획된 암모니아는 스트리핑 및 흡수 컬럼을 통과하여 암모니아를 산성 매질에 가두어 평형을 다른 방향으로 이동시켰습니다.
Le Ch?telier의 원리에 따라 온도와 농도가 반응에 미치는 영향에 대한 JoVE의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 평형의 개념, 농도 변화가 어떻게 변화를 일으키는지, 열이 반응 성분으로 간주될 수 있다는 것을 이해해야 합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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