Αρχή Le Chatelier

Με μια ματιά

Όταν επιβάλλεις μεταβολή σε σύστημα που βρίσκεται σε χημική ισορροπία, προβλέπεις τη φορά που τείνει να την αντισταθμίσει. Σε σταθερή θερμοκρασία και όγκο, αλλάζεις τη συγκέντρωση ενός συμμετέχοντος αέριου ή διαλυμένου συστατικού, κρατώντας αρχικά τις άλλες συγκεντρώσεις σταθερές. Προβλέπεις μετατόπιση προς τη φορά που καταναλώνει ό,τι προσθέτεις ή σχηματίζει ό,τι αφαιρείς. Σε σταθερή θερμοκρασία, η συμπίεση αέριου συστήματος με άνισα συνολικά στοιχειομετρικά mol αερίων ευνοεί το μέλος με τα λιγότερα. Η θέρμανση ευνοεί την ενδόθερμη φορά. Χρησιμοποιείς την αρχή μόνο για τη φορά της μετατόπισης· ο καταλύτης δεν αλλάζει τη θέση ισορροπίας, αλλά μειώνει τον χρόνο μέχρι την ισορροπία.

2Ο κανόνας

Όταν επιβάλλεις μια μεταβολή σε σύστημα που βρίσκεται σε χημική ισορροπία, εφαρμόζεις την αρχή Le Chatelier. Προβλέπεις τη φορά που τείνει να αντισταθμίσει τη μεταβολή. Με δεξιά μετατόπιση σχηματίζεις προϊόντα λόγω αντίδρασης. Με αριστερή μετατόπιση σχηματίζεις αντιδρώντα λόγω αντίδρασης. Με την αρχή Le Chatelier βρίσκεις μόνο τη φορά της μετατόπισης. Δεν υπολογίζεις την τελική σύσταση χωρίς επιπλέον ποσοτικά δεδομένα.

3Έλεγχος κάθε μεταβολής

Σε μεταβολή συγκέντρωσης κρατάς σταθερά τη θερμοκρασία και τον όγκο και αλλάζεις μόνο ένα συμμετέχον αέριο ή διαλυμένο συστατικό, κρατώντας αρχικά τις άλλες συγκεντρώσεις σταθερές. Αν το προσθέσεις, προβλέπεις μετατόπιση προς τη φορά που το καταναλώνει. Αν το αφαιρέσεις, προβλέπεις μετατόπιση προς τη φορά που το σχηματίζει. Η σταθερά χημικής ισορροπίας $\kc$ δεν αλλάζει. Αν αλλάξεις μόνο την ποσότητα υπάρχοντος καθαρού στερεού ή καθαρού υγρού, δεν προκαλείς τέτοια μετατόπιση, όσο παραμένουν οι απαιτούμενες φάσεις και δεν αλλάζουν οι συγκεντρώσεις που συμμετέχουν. Σε μεταβολή όγκου κρατάς σταθερή τη θερμοκρασία. Ελέγχεις πρώτα αν συμμετέχουν αέρια και αν τα 2 μέλη έχουν διαφορετικά συνολικά στοιχειομετρικά mol αερίων. Με συμπίεση ευνοείς το μέλος με τα λιγότερα. Με εκτόνωση ευνοείς το μέλος με τα περισσότερα. Αν τα αέρια mol είναι ίσα, δεν προβλέπεις μετατόπιση. Σε μεταβολή θερμοκρασίας δηλώνεις πρώτα ποια φορά είναι ενδόθερμη και ποια εξώθερμη. Με θέρμανση ευνοείς την ενδόθερμη φορά. Με ψύξη ευνοείς την εξώθερμη φορά. Αν προσθέσεις καταλύτη, επιταχύνεις και τις 2 φορές. Μειώνεις τον χρόνο μέχρι την ισορροπία, αλλά δεν αλλάζεις τη θέση ισορροπίας, τη $\kc$, την απόδοση αντίδρασης στην ισορροπία ή τη σύσταση ισορροπίας σε σταθερή θερμοκρασία.

4Προσθήκη αντιδρώντος

Θεώρησε το σύστημα σε ισορροπία και σταθερή θερμοκρασία και όγκο.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις την αμφίδρομη αντίδραση:

   $$\chem{N_2}\state{g} + 3\chem{H_2}\state{g}\eqrxn 2\chem{NH_3}\state{g}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Προσθέτεις $\chem{H_2}\state{g}$, ενώ κρατάς αρχικά αμετάβλητες τις άλλες συγκεντρώσεις. Αυξάνεις άμεσα τη συγκέντρωση του $\chem{H_2}\state{g}$.

3. Δείξε το βήμα 3

   Επιλέγεις δεξιά μετατόπιση, επειδή η άμεση φορά καταναλώνει το $\chem{H_2}\state{g}$ που πρόσθεσες.

4. Δείξε το βήμα 4

   Συμπεραίνεις ότι το σύστημα καταναλώνει $\chem{N_2}\state{g}$ και $\chem{H_2}\state{g}$ και σχηματίζει $\chem{NH_3}\state{g}$ λόγω αντίδρασης, μέχρι να αποκατασταθεί νέα ισορροπία.

5. Δείξε το βήμα 5

   Κρατάς τη $\kc$ αμετάβλητη, επειδή δεν άλλαξες τη θερμοκρασία.

5Συμπίεση αέριου συστήματος

Θεώρησε ότι το ακόλουθο αέριο σύστημα βρίσκεται αρχικά σε ισορροπία, σε σταθερή θερμοκρασία:

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Μετράς τα στοιχειομετρικά mol αερίων. Βρίσκεις 4 στο αριστερό μέλος και 2 στο δεξί.

2. Δείξε το βήμα 2

   Μειώνεις τον όγκο του δοχείου. Προκαλείς συμπίεση του αέριου συστήματος.

3. Δείξε το βήμα 3

   Επιλέγεις δεξιά μετατόπιση, επειδή το δεξί μέλος έχει λιγότερα στοιχειομετρικά mol αερίων.

4. Δείξε το βήμα 4

   Συμπεραίνεις ότι η τελική συγκέντρωση του $\chem{NH_3}\state{g}$ υπερβαίνει την τιμή πριν από τη συμπίεση, επειδή η συμπίεση την αυξάνει άμεσα και η επακόλουθη δεξιά μετατόπιση σχηματίζει επιπλέον αμμωνία.

6Αύξηση θερμοκρασίας

Θεωρείς ότι ένα σύστημα βρίσκεται αρχικά σε χημική ισορροπία και η άμεση φορά της αμφίδρομης αντίδρασής του είναι εξώθερμη.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Χαρακτηρίζεις την αντίστροφη φορά ως ενδόθερμη, επειδή η άμεση φορά δίνεται ως εξώθερμη.

2. Δείξε το βήμα 2

   Αυξάνεις τη θερμοκρασία. Επιλέγεις την ενδόθερμη αντίστροφη φορά.

3. Δείξε το βήμα 3

   Προβλέπεις αριστερή μετατόπιση και σχηματισμό αντιδρώντων λόγω αντίδρασης.

7Προσθήκη καταλύτη

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Προσθέτεις καταλύτη σε αμφίδρομη αντίδραση που εξελίσσεται σε σταθερή θερμοκρασία.

2. Δείξε το βήμα 2

   Επιταχύνεις και την άμεση και την αντίστροφη φορά. Φτάνεις γρηγορότερα στη χημική ισορροπία.

3. Δείξε το βήμα 3

   Δεν προβλέπεις μετατόπιση. Κρατάς αμετάβλητες τη $\kc$, την απόδοση αντίδρασης στην ισορροπία και τη σύσταση ισορροπίας.

8Συνηθισμένα λάθη

• Η αρχή Le Chatelier δίνει ποιοτική φορά, όχι τελικές ποσότητες. Για αριθμητική τελική σύσταση χρησιμοποίησε επιπλέον δεδομένα ισορροπίας.
• Σε σταθερή θερμοκρασία, η συμπίεση ευνοεί το μέλος με τα λιγότερα συνολικά στοιχειομετρικά mol αερίων, όταν αυτά διαφέρουν. Μέτρησε τα αέρια mol πριν αποφασίσεις τη φορά.
• Η $\kc$ μένει ίδια μετά από μόνη τη μεταβολή συγκέντρωσης σε σταθερή θερμοκρασία. Κράτησέ την αμετάβλητη σε αυτή τη σύγκριση.
• Ο καταλύτης επιταχύνει και τις δύο κατευθύνσεις χωρίς να αλλάζει τη σύσταση ισορροπίας. Μην του αποδίδεις αύξηση της απόδοσης ισορροπίας.
• Σε μεταβολή όγκου ξεχώρισε την άμεση μεταβολή συγκέντρωσης από την επόμενη μεταβολή λόγω αντίδρασης. Σύγκρινε την τελική με την αρχική τιμή μόνο αφού ελέγξεις και τα δύο αποτελέσματα.