14.3
Zasada Le Chateliera: zmiana koncentracji
Układ w równowadze znajduje się w stanie równowagi dynamicznej, a reakcje do przodu i do tyłu zachodzą z równą szybkością. Jeśli układ równowagi zosta…
Układ znajduje się w równowadze dynamicznej, gdy szybkość reakcji do przodu jest równa szybkości reakcji odwrotnej. Chociaż reakcja nadal przebiega w obu kierunkach, stężenia netto reagentów i produktów pozostają stałe.
W tym momencie, jeśli stężenie reagenta lub produktu zostanie zmienione, na przykład przez dodanie dodatkowej cząsteczki A lub usunięcie pewnej cząsteczki C, równowaga zostaje zakłócona. Takie zmiany są obciążeniem dla systemu.
Zgodnie z zasadą Le Châteliera, gdy układ w stanie równowagi jest naprężony z powodu zmiany stężenia, zmiany objętości lub ciśnienia lub zmiany temperatury, położenie równowagi przesuwa się w kierunku, aby zminimalizować naprężenia i przywrócić równowagę.
Aby zrozumieć reakcję systemu na zmiany stężenia, rozważmy dwa połączone zbiorniki na wodę, A i B. Początkowo poziom wody w obu zbiornikach jest równy, a system jest w równowadze. Następnie do zbiornika B dodaje się wodę.
Naprężenie to podnosi poziom wody w zbiorniku B i zaburza równowagę. Aby zrównoważyć to naprężenie, część wody wpływa do zbiornika A, aby przywrócić równowagę.
I odwrotnie, jeśli woda jest usuwana ze zbiornika B, obniżenie poziomu wody również wywołuje stres.
W konsekwencji woda ze zbiornika A wpływa do zbiornika B, aby przywrócić równowagę.
W przypadku układu w stanie równowagi iloraz reakcji jest równy stałej równowagi. Dodanie większej ilości reagentów do mieszaniny równowagi zmniejsza Q. Zgodnie z zasadą Le Châteliera system minimalizuje to naprężenie, przesuwając pozycję równowagi w kierunku produktów, aby zużyć dodany reagent i przywrócić równowagę.
Podobnie, usunięcie produktu z mieszaniny równowagi doprowadzi do podobnej reakcji w celu przywrócenia równowagi.
Z kolei dodanie większej liczby produktów zwiększa Q. W ten sposób pozycja równowagi przesuwa się w kierunku reagentów, aby zużyć dodany produkt i przywrócić równowagę.
Zmiana stężenia przesuwa pozycję równowagi bez zmiany wartości K.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What happens to an equilibrium system when you add more reactant?
Adding reactant decreases the reaction quotient (Q), causing the equilibrium to shift toward products. This shift consumes the added reactant and re-establishes equilibrium. The system minimizes the stress by expending the extra reactant molecules to restore balance between forward and reverse reaction rates.
Q2: How does removing a product affect a system at equilibrium?
Removing product decreases the reaction quotient, triggering a forward shift in equilibrium. The system responds by shifting toward products to replace the removed molecules and restore equilibrium. This shift consumes reactants and produces more product until balance is reestablished between reaction rates.
Q3: What is Le Châtelier's principle and how does it explain concentration changes?
Le Châtelier's principle states that when an equilibrium system is stressed by a concentration change, the system shifts to minimize that stress and restore equilibrium. The equilibrium position shifts in the direction that counteracts the stress, whether reactants or products are added or removed, without changing the equilibrium constant value.
Q4: Why does adding product to an equilibrium mixture cause a leftward shift?
Adding product increases the reaction quotient (Q) above the equilibrium constant (K), making Q greater than K. The system responds by shifting left toward reactants to consume the excess product and re-establish equilibrium. This leftward shift reduces product concentration back to its equilibrium value.
Q5: Does the equilibrium constant change when you alter the concentration of reactants or products?
No, the equilibrium constant remains unchanged when concentrations are altered. Although the equilibrium position shifts to a new composition, the value of K stays the same. Concentration changes shift equilibrium without affecting the fundamental relationship defined by the equilibrium constant expression.
Q6: How can you predict which direction an equilibrium will shift using the reaction quotient?
Compare the reaction quotient (Q) to the equilibrium constant (K). If Q is less than K, the equilibrium shifts right toward products. If Q is greater than K, the equilibrium shifts left toward reactants. This comparison allows you to predict the direction of shift before the system reaches equilibrium.
Q7: What is the difference between a stress on an equilibrium system and the system's response?
A stress is the change applied to the system, such as adding or removing a reactant or product. The response is the equilibrium shift that occurs afterward to counteract that stress. The system's shift continues until the forward and reverse reaction rates are equal again, restoring dynamic equilibrium.