Das Le Chatelier Prinzip beschreibt die Reaktion eines Systems im Gleichgewicht, um den durch einen externen Wirkstoff verursachten Effekten entgegenzuwirken. Es wurde 1888 vom französischen Chemiker Henry Louis Le Chatelier formuliert. Es wird auf jede chemische Reaktion angewendet, die in geschlossenen Systemen ein Gleichgewicht erreichen kann..
Was ist ein geschlossenes System? Es ist eines, bei dem Energie zwischen seinen Grenzen übertragen wird (zum Beispiel ein Würfel), aber keine Materie. Um jedoch eine Änderung im System vorzunehmen, muss es geöffnet und dann wieder geschlossen werden, um zu untersuchen, wie es auf die Störung (oder Änderung) reagiert..
Sobald das System geschlossen ist, kehrt es zum Gleichgewicht zurück und sein Weg, dies zu erreichen, kann dank dieses Prinzips vorhergesagt werden. Ist das neue Gleichgewicht das gleiche wie das alte? Dies hängt von der Zeit ab, zu der das System externen Störungen ausgesetzt ist. Wenn es lange genug dauert, ist das neue Gleichgewicht anders.
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Die folgende chemische Gleichung entspricht einer Reaktion, die das Gleichgewicht erreicht hat:
aA + bB <=> cC + dD
In diesem Ausdruck sind a, b, c und d die stöchiometrischen Koeffizienten. Da das System geschlossen ist, treten keine Reaktanten (A und B) oder Produkte (C und D) von außen ein, die das Gleichgewicht stören.
Aber was genau bedeutet Gleichgewicht? Wenn dies eingestellt ist, gleichen sich die Raten der Vorwärts- (im Uhrzeigersinn) und Rückwärtsreaktion (gegen den Uhrzeigersinn) aus. Folglich bleiben die Konzentrationen aller Arten über die Zeit konstant..
Das Obige kann auf diese Weise verstanden werden: Sobald ein wenig A und B reagieren, um C und D zu produzieren, reagieren sie gleichzeitig miteinander, um das verbrauchte A und B zu regenerieren, und so weiter, während das System im Gleichgewicht bleibt ..
Wenn jedoch eine Störung auf das System ausgeübt wird - sei es durch Zugabe von A, Wärme, D oder durch Verringerung des Volumens -, sagt das Prinzip von Le Chatelier voraus, wie es sich verhalten wird, um den verursachten Effekten entgegenzuwirken, obwohl es den molekularen Mechanismus nicht erklärt wodurch es ihm ermöglicht, zum Gleichgewicht zurückzukehren.
Abhängig von den vorgenommenen Änderungen kann somit der Sinn einer Reaktion begünstigt werden. Wenn beispielsweise B die gewünschte Verbindung ist, wird eine Änderung ausgeübt, so dass sich das Gleichgewicht zu seiner Bildung verschiebt.
Um das Prinzip von Le Chatelier zu verstehen, ist eine hervorragende Annäherung die Annahme, dass das Gleichgewicht aus einem Gleichgewicht besteht..
Von diesem Ansatz aus gesehen werden die Reagenzien auf der linken Pfanne (oder dem Korb) und die Produkte auf der rechten Pfanne gewogen. Von hier aus wird die Vorhersage der Reaktion des Systems (des Gleichgewichts) einfach.
zuA + bB <=> cC + dD
Der Doppelpfeil in der Gleichung repräsentiert den Stiel der Waage und die unterstrichenen Pfannen. Wenn also eine Menge (Gramm, Milligramm usw.) A zum System hinzugefügt wird, hat die rechte Pfanne mehr Gewicht und die Waage neigt sich zu dieser Seite..
Infolgedessen steigt die C + D-Untertasse an; das heißt, es gewinnt im Vergleich zu Gericht A + B an Bedeutung. Mit anderen Worten: Vor der Zugabe von A (ab B) verschiebt die Waage die Produkte C und D nach oben.
In chemischer Hinsicht verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts: hin zur Produktion von mehr C und D..
Das Gegenteil tritt ein, wenn dem System Mengen an C und D hinzugefügt werden: Die linke Pfanne wird schwerer, wodurch sich die rechte Pfanne anhebt..
Dies führt wiederum zu einem Anstieg der Konzentrationen von A und B; daher wird eine Verschiebung des Gleichgewichts nach links erzeugt (die Reaktanten).
zuA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)
Die im System verursachten Druck- oder Volumenänderungen haben nur bemerkenswerte Auswirkungen auf Arten im gasförmigen Zustand. Für die höhere chemische Gleichung würde jedoch keine dieser Änderungen das Gleichgewicht verändern.
Warum? Weil die Anzahl der gesamten gasförmigen Mol auf beiden Seiten der Gleichung gleich ist.
Die Waage versucht, die Druckänderungen auszugleichen, aber da beide Reaktionen (direkt und invers) die gleiche Gasmenge erzeugen, bleibt sie unverändert. Bei der folgenden chemischen Gleichung reagiert die Waage beispielsweise auf diese Änderungen:
zuA (g) + bB (g) <=> undZ.B)
Im Falle einer Volumenverringerung (oder eines Druckanstiegs) im System hebt die Waage die Pfanne an, um diesen Effekt zu verringern..
Wie? Verringern des Drucks durch Bildung von E. Dies liegt daran, dass A und B, wenn sie mehr Druck als E ausüben, reagieren, um ihre Konzentrationen zu verringern und die von E zu erhöhen.
Ebenso sagt das Le Chatelier-Prinzip den Effekt einer Volumensteigerung voraus. In diesem Fall muss das Gleichgewicht dem Effekt entgegenwirken, indem es die Bildung gasförmigerer Mol fördert, die den Druckverlust wiederherstellen. Verschieben Sie diesmal die Waage nach links und heben Sie die Pfanne A + B an.
Wärme kann sowohl als reaktiv als auch als Produkt betrachtet werden. Daher ist die Reaktion abhängig von der Reaktionsenthalpie (ΔHrx) entweder exotherm oder endotherm. Dann wird die Wärme auf die linke oder rechte Seite der chemischen Gleichung gelegt.
aA + bB + Wärme <=> cC + dD (endotherme Reaktion)
aA + bB <=> cC + dD + Wärme (exotherme Reaktion)
Hier erzeugt das Heizen oder Kühlen des Systems die gleichen Reaktionen wie bei Konzentrationsänderungen..
Wenn die Reaktion beispielsweise exotherm ist, begünstigt das Abkühlen des Systems die Verschiebung des Gleichgewichts nach links; Wenn es erhitzt wird, setzt sich die Reaktion mit einer größeren Tendenz nach rechts fort (A + B)..
Unter seinen unzähligen Anwendungen gibt es, da viele Reaktionen ein Gleichgewicht erreichen, Folgendes:
N.zwei(g) + 3Hzwei(G) <=> 2NH3(g) (exotherm)
Die obere chemische Gleichung entspricht der Bildung von Ammoniak, einer der Hauptverbindungen, die im industriellen Maßstab hergestellt werden..
Hier sind die idealen Bedingungen für die Gewinnung von NH3 sind solche, bei denen die Temperatur nicht sehr hoch ist und bei denen ebenfalls ein hoher Druck herrscht (200 bis 1000 atm).
Lila Hortensien (oberes Bild) balancieren mit Aluminium (Al3+) in Böden vorhanden. Die Anwesenheit dieses Metalls, Lewis-Säure, führt zu deren Ansäuerung.
In Grundböden sind Hortensienblüten jedoch rot, da Aluminium in diesen Böden unlöslich ist und von der Pflanze nicht verwendet werden kann..
Ein Gärtner, der mit dem Le Chatelier-Prinzip vertraut ist, könnte die Farbe seiner Hortensien ändern, indem er die Böden geschickt ansäuert.
Die Natur nutzt auch das Le Chatelier-Prinzip, um höhlenartige Decken mit Stalaktiten zu bedecken.
ACzwei+(ac) + 2HCO3-(ac) <=> Dieb3(s) + COzwei(ac) + H.zweiO (l)
Das CaCO3 (Kalkstein) ist sowohl in Wasser als auch in CO unlöslichzwei. Wie der COzwei entkommt, verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts; das heißt, in Richtung der Bildung von mehr CaCO3. Dies bewirkt das Wachstum dieser spitzen Oberflächen, wie im obigen Bild..
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