14.7: Zasada Le Chateliera: zmiana koncentracji

Le Chatelier’s Principle: Changing Concentration
JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Le Chatelier’s Principle: Changing Concentration
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

56,316 Views

02:27 min
September 24, 2020

Układ w stanie równowagi znajduje się w stanie równowagi dynamicznej, w którym reakcje do przodu i do tyłu zachodzą w równych odstępach. Jeśli układ równowagi jest poddany zmianie warunków, która w różny sposób wpływa na te szybkości reakcji (stres), to szybkości nie są już równe i układ nie jest w równowadze. Układ następnie doświadczy reakcji netto w kierunku większej szybkości (przesunięcia), która przywróci równowagę. Zjawisko to podsumowuje zasada Le Châteliera: jeśli układ równowagi jest naprężony, system doświadczy zmiany w odpowiedzi na naprężenie, która przywróci równowagę.

Na szybkość reakcji wpływają przede wszystkim stężenia, opisane przez prawo szybkości reakcji, oraz temperatura, opisana równaniem Arrheniusa. W związku z tym zmiany stężenia i temperatury to dwa naprężenia, które mogą przesunąć równowagę.

Wpływ zmiany stężenia

Jeśli układ równowagi zostanie poddany zmianie stężenia reagenta lub gatunku produktu, szybkość reakcji do przodu lub do tyłu ulegnie zmianie. Jako przykład rozważmy reakcję równowagi:

Eq1

Gdy ten układ jest w równowadze, szybkość reakcji do przodu i do tyłu jest równa.

Eq2

Jeśli układ jest naprężony przez dodanie reagenta, N2 lubO2, wynikający z tego wzrost stężenia powoduje wzrost szybkości reakcji postępowej, przekraczającej szybkość reakcji odwrotnej:

Eq3

Układ doświadczy tymczasowej reakcji netto w kierunku do przodu, aby przywrócić równowagę (równowaga przesunie się w prawo). To samo przesunięcie nastąpi, jeśli część produktu NO zostanie usunięta z układu, co zmniejszy szybkość reakcji odwrotnej, ponownie powodując tę samą nierównowagę szybkości.

Ta sama logika może być użyta do wyjaśnienia przesunięcia w lewo, które wynika albo z usunięcia reagenta, albo dodania produktu do układu równowagi. Oba te naprężenia powodują zwiększenie szybkości reakcji odwrotnej

Eq4

oraz tymczasowa reakcja netto w odwrotnym kierunku w celu przywrócenia równowagi.

Jako alternatywę dla tej interpretacji kinetycznej wpływ zmian stężenia na równowagę można zracjonalizować pod względem ilorazów reakcji. Gdy system jest w równowadze,

Eq5

Jeśli doda się reagent (zwiększając mianownik ilorazu reakcji) lub usunie się produkt (zmniejszając licznik), to Qc < Kc i równowaga przesunie się w prawo. Należy zauważyć, że trzy różne sposoby wywoływania tego stresu powodują trzy różne zmiany w składzie mieszaniny równowagi. Jeśli doda sięN2, przesunięcie w prawo zużyje O2 i wytworzy NO po przywróceniu równowagi, dając mieszaninę o większym stężeniu N2 i NO oraz mniejszym stężeniu O2 niż było wcześniej. Jeżeli doda sięO2, nowa mieszanina równowagi będzie miała większe stężenia O2 i NO oraz mniejsze stężenie N2. Wreszcie, jeśli NO zostanie usunięty, nowa mieszanina równowagi będzie miała większe stężeniaN2 iO2 oraz mniejsze stężenie NO. Pomimo tych różnic w składzie, wartość stałej równowagi będzie taka sama po naprężeniu, jak była wcześniej (zgodnie z prawem działania mas). Tę samą logikę można zastosować do naprężeń polegających na usuwaniu reagentów lub dodawaniu produktu, w którym to przypadku Qc > Kc i równowaga przesunie się w lewo.

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 13.3 Przesuwanie równowagi: zasada LeChateliera.