Zasada Le Châteliera

Zgodnie z zasadą Le Chüteliera, jeśli równowaga systemu zostanie zakłócona przez naprężenie, system przesunie się, aby to skompensować.

Gdy układ chemiczny jest w równowadze, nie ma zmiany netto w stężeniu jego reagentów lub produktów. Jeśli którykolwiek z parametrów, takich jak stężenie lub temperatura, zostanie zmieniony, równowaga zostanie zakłócona.

System dostosowuje się ponownie, zmieniając kierunek reakcji, aż do osiągnięcia nowej równowagi.

Ten film zademonstruje zasadę Le Chüteliera, pokazując wpływ stężenia i temperatury na reakcje chemiczne w stanie równowagi.

Odwracalne reakcje chemiczne składają się z dwóch konkurujących ze sobą procesów: reakcji naprzód i reakcji odwrotnej. Gdy te dwa procesy zachodzą w tym samym tempie, układ jest w równowadze. Zasada Le Chöteliera mówi, że gdy układ w stanie równowagi jest obciążony, przesunie się, aby przeciwdziałać zakłóceniu.

Na przykład, jeśli stężenie reagenta w roztworze równowagi zostanie zwiększone, równowaga przesunie się w kierunku produktów, zwiększając szybkość reakcji postępowej. W końcu system osiągnie nową równowagę.

Temperatura może być również traktowana jako składnik reakcji. W reakcjach egzotermicznych ciepło jest uwalniane, co czyni go produktem. W reakcjach endotermicznych ciepło jest pochłaniane z otoczenia, co czyni je reagentem. W ten sposób dodanie lub usunięcie ciepła zakłóci równowagę, a system dostosuje się.

W tym eksperymencie przyjrzymy się reakcji jonowej żelaza (III) z tiocyjanianem w celu utworzenia kompleksu tiocyjanianu żelaza (III). Produkt jest czerwony, podczas gdy reagenty są żółte lub bezbarwne, co pozwala na wizualną obserwację zmian równowagi.

Stężenia tych składników zostaną zmienione albo przez bezpośrednie dodanie jonów do roztworu, albo przez selektywne ich usunięcie poprzez tworzenie nierozpuszczalnych soli. Zaobserwowany zostanie również wpływ zmiany temperatury na to rozwiązanie.

Teraz, gdy rozumiesz zasadę Le Ch?telier, jesteś gotowy do rozpoczęcia procedury.

Aby rozpocząć procedurę, umieść jedną kroplę 1 M roztworu azotanu żelaza w probówce. Umieścić jedną kroplę 1 M roztworu tiocyjanianu potasu w drugiej probówce. Rozcieńczyć każdy z nich w 2 ml wody. Te dwie probówki będą służyć jako kontrole przez pozostałą część eksperymentu.

Następnie w nowej tubie dodaj kroplę każdego roztworu. Dodaj 16 ml wody i dokładnie wymieszaj. Zapisz wszystkie obserwacje.

Podziel tę mieszaninę na porcje po 2 ml w siedmiu oznakowanych probówkach. Odłóż początkową rurkę na bok jako kontrolę tiocyjanianu żelaza.

Następnie dodaj reagenty do probówek 1 ? 6 zgodnie z tabelą 2 poniżej. Wstrząsaj do wymieszania za każdym razem, gdy dodawany jest gatunek, i zapisuj wszelkie obserwacje.

Umieść probówkę 7 w gorącej kąpieli wodnej na 1 ? Czas trwania: 2 min Porównaj ciepły roztwór z kontrolną tiocyjanianem żelaza i zapisz wszelkie obserwacje.

W roztworach 1 i 2 czerwony kolor nasilał się wraz ze wzrostem stężenia reagentów. Wskazuje to, że równowaga przesunęła się w prawo, co doprowadziło do produkcji większej ilości tiocyjanianu żelaza (III).

Roztwory, które otrzymały azotan srebra, stały się bezbarwne i utworzyły osad. Dodatek jonu tiocyjanianowego spowodował ponowne pojawienie się czerwonego koloru. Czerwony kolor nie pojawił się ponownie po dodaniu jonu żelaza. Z tych obserwacji można wywnioskować, że jon tiocyjanianowy został selektywnie usunięty z roztworu w osadzie. Wraz ze spadkiem jego stężenia równowaga przesunęła się w lewo. Dodanie jonu tiocyjanianowego z powrotem do roztworu spowodowało przesunięcie równowagi z powrotem w prawo.

Zaobserwowano, że roztwory, które otrzymały fosforan potasu, blakną i żółkną. Gdy stężenie jonów żelaza wzrosło, czerwony kolor pojawił się ponownie, a roztwór stał się mętny. Zwiększenie stężenia jonów tiocyjanianowych nie przyniosło żadnego efektu. W ten sposób można wywnioskować, że żelazo zostało selektywnie usunięte z roztworu, tworząc sól fosforanu żelaza, powodując przesunięcie równowagi w lewo. Sól fosforanu żelaza w końcu wytrąciła się z roztworu, gdy dodano więcej żelaza, a równowaga przesunęła się z powrotem w prawo.

Czerwony kolor roztworu 7 blakł do pomarańczowego wraz ze wzrostem temperatury. To przesunięcie równowagi w lewo sugeruje, że reakcja jest egzotermiczna i że ciepło jest wytwarzane, gdy powstaje produkt tiocyjanianu żelaza.

Koncepcja przesunięcia równowagi ma kilka zastosowań w wielu dziedzinach nauki.

Zasada Le Chöteliera wyjaśnia, dlaczego roztwory buforowe są odporne na zmiany pH. W tym przykładzie użyto roztworu buforowego octanu sodu w celu utrzymania prawie stałego pH.

W roztworze wodnym dysocjacja kwasu jest reakcją odwracalną, w której aniony dysocjują od jonów wodorowych. Roztwory buforowe są często równowagową mieszaniną zdysocjowanych jonów wodorowych, słabego kwasu i jego anionu ?? znany również jako jego sprzężona zasada.

Jeśli doda się mocny kwas, całkowicie się zdysocjuje, zwiększając stężenie jonów wodorowych w roztworze. Równowaga reakcji słabego kwasu przesuwa się w odpowiedzi w lewo, zmniejszając stężenie jonów wodorowych, aż osiągnie nową równowagę. Z tego powodu roztwory buforowe są stosowane jako sposób na utrzymanie pH na prawie stałym poziomie w wielu różnych zastosowaniach chemicznych.

Polimeryzacja, proces reakcji cząsteczek ze sobą w celu utworzenia łańcuchów polimerowych, jest niezbędna do podziału komórek bakteryjnych. W tym przykładzie zasada Le Chötleliera została zaobserwowana, wykonując testy sedymentacji FtsZ w różnych warunkach. Stworzono dziewięć buforów, z których każdy ma unikalny skład i wartości pH. Polimeryzacja została wywołana, a następnie monitorowana przez 90? kąt rozpraszania światła. Stwierdzono, że zarówno pH, jak i skład buforu wpływają na polimeryzację, ponieważ każdy z nich dostarcza stresora, który zmienia równowagę reakcji.

Wreszcie, zasada Le Chötleliera może być stosowana w produkcji i odzyskiwaniu materiałów w reakcjach organicznych. W tym przykładzie amon został odzyskany ze strumieni bogatych w azot.

Strumień został przepuszczony przez układ elektrochemiczny, utleniający wodę i pozwalający na oddzielenie jonów amonowych. Jony te zostały następnie poddane działaniu wysokiego pH, co zmieniło ich równowagę i spowodowało konwersję amonu do lotnego amoniaku.

Ten wychwycony amoniak został następnie przepuszczony przez kolumnę strippingową i absorpcyjną w celu uwięzienia amoniaku w środowisku kwaśnym, przesuwając równowagę w przeciwnym kierunku.

Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do wpływu temperatury i stężenia na reakcje zgodnie z zasadą Le Chüteliera. Powinieneś teraz zrozumieć pojęcie równowagi, w jaki sposób zmiany stężenia spowodują zmiany i że ciepło można uznać za składnik reakcji.

Dzięki za oglądanie!