ले चेटेलियर का सिद्धांत

फ्रांसीसी रसायनज्ञ हेनरी लुई ले चेटेलियर ने रसायन विज्ञान के सबसे प्रसिद्ध कानूनों में से एक का निर्माण किया जो एक परिवर्तन के संपर्क में आने पर संतुलन में रासायनिक प्रणाली की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी करता है।

अपने अध्ययन के परिणामों के साथ, उन्होंने रासायनिक संतुलन के लिए एक सामान्यीकरण तैयार किया जो निम्नलिखित बताता है:

"जब एक बाहरी कारक संतुलन में एक प्रणाली पर कार्य करता है, तो यह हमेशा लागू कारक की क्रिया को कम करने के अर्थ में चलता है।"

जब एक रासायनिक प्रणाली का संतुलन गड़बड़ा जाता है, तो सिस्टम इस गड़बड़ी को कम करने और स्थिरता बहाल करने के लिए कार्य करता है।

इसलिए, सिस्टम प्रस्तुत करता है:

• संतुलन की एक प्रारंभिक अवस्था।
• एक कारक के परिवर्तन के साथ एक "असंतुलित" स्थिति।
• संतुलन की एक नई स्थिति जो परिवर्तन का विरोध करती है।

रासायनिक संतुलन को प्रभावित करने वाली बाहरी गड़बड़ी के उदाहरण हैं:

फ़ैक्टर	अशांति	वह बन चुका है
एकाग्रता	बढ़ना	पदार्थ का सेवन करें
कमी	पदार्थ का उत्पादन होता है
दबाव	बढ़ना	सबसे छोटी मात्रा में ले जाता है
कमी	उच्चतम मात्रा में ले जाता है
तापमान	बढ़ना	गर्मी को अवशोषित करता है और संतुलन स्थिरांक को बदलता है
कमी	गर्मी मुक्त करता है और संतुलन स्थिरांक को बदलता है
उत्प्रेरक	उपस्थिति	प्रतिक्रिया तेज हो जाती है

रासायनिक उद्योग के लिए इस सिद्धांत का बहुत महत्व है, क्योंकि प्रतिक्रियाओं में हेरफेर किया जा सकता है और प्रक्रियाओं को अधिक कुशल और किफायती बना सकता है।

इसका एक उदाहरण फ़्रिट्ज़ हैबर द्वारा विकसित प्रक्रिया है, जिसने ले चेटेलियर के सिद्धांत का उपयोग करते हुए, वायुमंडलीय नाइट्रोजन से अमोनिया के उत्पादन के लिए आर्थिक रूप से एक मार्ग बनाया।

इसके बाद, हम चेटेलियर के नियम के अनुसार रासायनिक संतुलन को देखेंगे और देखेंगे कि कैसे गड़बड़ी इसे बदल सकती है।

के बारे में अधिक जानें:

• रासायनिक संतुलन
• आयनिक संतुलन
• अम्ल-क्षार संकेतक

एकाग्रता प्रभाव

जब रासायनिक संतुलन होता है, तो प्रणाली संतुलित होती है।

संतुलन में प्रणाली में गड़बड़ी हो सकती है जब:

• हम प्रतिक्रिया के एक घटक की एकाग्रता में वृद्धि करते हैं।
• हम प्रतिक्रिया के एक घटक की एकाग्रता को कम करते हैं।

जब हम रासायनिक प्रतिक्रिया से किसी पदार्थ को जोड़ते या हटाते हैं, तो सिस्टम उस यौगिक के परिवर्तन, उपभोग या उत्पादन का विरोध करता है ताकि संतुलन फिर से स्थापित हो जाए।

अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता एक नए संतुलन के अनुकूल होने के लिए बदल जाती है, लेकिन संतुलन स्थिरांक वही रहता है।

उदाहरण:

संतुलन पर:

प्रतिक्रिया में उत्पादों की उच्च सांद्रता होती है, क्योंकि समाधान के नीले रंग से हम देखते हैं कि [CoCl कॉम्प्लेक्स₄]^-2 प्रबल होता है।

पानी भी एक सीधी प्रतिक्रिया उत्पाद है और जब हम घोल में इसकी सांद्रता बढ़ाते हैं, तो सिस्टम परिवर्तन का विरोध करता है, जिससे पानी और कॉम्प्लेक्स प्रतिक्रिया करते हैं।

संतुलन को बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, प्रतिक्रिया की दिशा को उलट दिया जाता है, और अभिकारकों की एकाग्रता में वृद्धि का कारण बनता है, जिससे समाधान का रंग बदल जाता है।

तापमान का प्रभाव

संतुलन में प्रणाली में गड़बड़ी हो सकती है जब:

• सिस्टम तापमान में वृद्धि हुई है।
• सिस्टम तापमान में कमी है।

रासायनिक प्रणाली से ऊर्जा जोड़ते या हटाते समय, सिस्टम ऊर्जा को बदलने, अवशोषित करने या छोड़ने का विरोध करता है ताकि संतुलन फिर से स्थापित हो जाए।

जब सिस्टम तापमान बदलता है, तो रासायनिक संतुलन निम्नानुसार बदलता है:

तापमान में वृद्धि से, एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया का पक्ष लिया जाता है और सिस्टम गर्मी को अवशोषित करता है।

दूसरी ओर, जब तापमान कम होता है, तो एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया का पक्ष लिया जाता है और सिस्टम गर्मी छोड़ता है।

उदाहरण:

रासायनिक संतुलन में:

जब हम इस प्रणाली से युक्त टेस्ट ट्यूब को गर्म पानी के बीकर में रखते हैं, तो सिस्टम का तापमान बढ़ जाता है और संतुलन बदल जाता है, जिससे अधिक उत्पाद बनते हैं।

ऐसा इसलिए है क्योंकि सीधी प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है और सिस्टम गर्मी को अवशोषित करके फिर से स्थापित हो जाएगा।

इसके अलावा, तापमान भिन्नता भी संतुलन स्थिरांक को बदल देती है।

दबाव प्रभाव

संतुलन में प्रणाली में गड़बड़ी हो सकती है जब:

• कुल सिस्टम दबाव में वृद्धि हुई है।
• कुल सिस्टम दबाव में कमी है।

जब हम किसी रासायनिक प्रणाली के दबाव को बढ़ाते या घटाते हैं, तो सिस्टम परिवर्तन का विरोध करता है, उसे विस्थापित करता है क्रमशः छोटे या बड़े आयतन के अर्थ में संतुलन, लेकिन संतुलन स्थिरांक को नहीं बदलता है।

जब सिस्टम वॉल्यूम बदलता है, तो यह निम्नानुसार लागू दबाव की क्रिया को कम करता है:

सिस्टम पर जितना अधिक दबाव डाला जाएगा, आयतन का संकुचन होगा और संतुलन मोल की कम संख्या की ओर शिफ्ट हो जाएगा।

हालांकि, यदि दबाव कम हो जाता है, तो सिस्टम का विस्तार होता है, मात्रा में वृद्धि और प्रतिक्रिया की दिशा को सबसे अधिक मोल के साथ स्थानांतरित कर दिया जाता है।

उदाहरण:

हमारे शरीर की कोशिकाओं को रासायनिक संतुलन के माध्यम से ऑक्सीजन प्राप्त होती है:

यह प्रणाली तब स्थापित होती है जब हम जिस हवा में सांस लेते हैं, वह रक्त में मौजूद हीमोग्लोबिन के संपर्क में आती है, जिससे ऑक्सी-हीमोग्लोबिन का निर्माण होता है, जो ऑक्सीजन ले जाता है।

जब कोई व्यक्ति पहाड़ पर चढ़ता है, तो ऊँचाई जितनी अधिक होती है, O. की मात्रा और आंशिक दबाव उतना ही कम होता है₂ उपर हवा में।

शरीर में ऑक्सीजन ले जाने वाला संतुलन बाईं ओर शिफ्ट हो जाता है और कोशिकाओं द्वारा प्राप्त ऑक्सीजन की मात्रा से समझौता करते हुए ऑक्सी-हीमोग्लोबिन की मात्रा को कम कर देता है।

इसका परिणाम चक्कर आना और थकान की उपस्थिति है, जिससे मृत्यु भी हो सकती है।

शरीर अधिक हीमोग्लोबिन का उत्पादन करके प्रतिक्रिया करने की कोशिश करता है। हालांकि, यह एक धीमी प्रक्रिया है, जिसके लिए ऊंचाई पर सेटिंग की आवश्यकता होती है।

इसलिए, जो लोग माउंट एवरेस्ट पर चढ़ सकते हैं, वे चरम ऊंचाई के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

उत्प्रेरक

एक उत्प्रेरक का उपयोग प्रतिक्रिया की गति में प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रिया दोनों में हस्तक्षेप करता है।

एक प्रतिक्रिया होने के लिए, अणुओं के टकराने और प्रभावी ढंग से प्रतिक्रिया करने के लिए न्यूनतम ऊर्जा तक पहुंचना आवश्यक है।

उत्प्रेरक, जब रासायनिक प्रणाली में डाला जाता है, एक सक्रिय परिसर बनाकर और रासायनिक संतुलन तक पहुंचने के लिए एक छोटा रास्ता बनाकर इस सक्रियण ऊर्जा को कम करके कार्य करता है।

प्रतिक्रिया की गति को समान रूप से बढ़ाकर, यह संतुलन तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय को कम कर देता है, जैसा कि निम्नलिखित ग्राफ में देखा जा सकता है:

हालांकि, उत्प्रेरक का उपयोग प्रतिक्रिया उपज या संतुलन स्थिरांक को नहीं बदलता है क्योंकि यह मिश्रण की संरचना में हस्तक्षेप नहीं करता है।

अमोनिया संश्लेषण

नाइट्रोजन आधारित यौगिकों का व्यापक रूप से कृषि उर्वरकों, विस्फोटकों, दवाओं आदि में उपयोग किया जाता है। इस तथ्य के कारण, लाखों टन नाइट्रोजन यौगिक उत्पन्न होते हैं, जैसे कि NH अमोनिया₃, एनएच अमोनियम नाइट्रेट₄पर₃ और यूरिया एच₂NCONH₂.

मुख्य रूप से कृषि गतिविधियों के लिए नाइट्रोजन यौगिकों की विश्वव्यापी मांग के कारण, चिली का NaNO साल्टपीटर₃, नाइट्रोजनस यौगिकों का मुख्य स्रोत, २०वीं शताब्दी की शुरुआत तक सबसे अधिक उपयोग किया गया था, लेकिन प्राकृतिक साल्टपीटर वर्तमान मांग की आपूर्ति करने में सक्षम नहीं होगा।

यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि वायुमंडलीय वायु गैसों का मिश्रण है, जो 70% से अधिक नाइट्रोजन N. से बना है₂. हालांकि, ट्रिपल बॉन्ड की स्थिरता के कारण नए यौगिक बनाने के लिए इस बंधन को तोड़ना एक बहुत ही कठिन प्रक्रिया हो जाती है।

इस समस्या का समाधान जर्मन रसायनज्ञ फ्रिट्ज हैबर द्वारा प्रस्तावित किया गया था। हैबर द्वारा प्रस्तावित अमोनिया का संश्लेषण निम्नलिखित रासायनिक संतुलन लाता है:

औद्योगिक रूप से लागू होने के लिए, इस प्रक्रिया को कार्ल बॉश द्वारा सिद्ध किया गया था और नाइट्रोजन यौगिकों को प्राप्त करने पर ध्यान देने के साथ हवा से नाइट्रोजन को पकड़ने के लिए इसका सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

ले चेटेलियर के सिद्धांत का उपयोग करते हुए, रासायनिक संतुलन को तब बढ़ाया जा सकता है जब:

एच जोड़ें₂ और सिस्टम को परिवर्तन का विरोध करने और उस अभिकारक की एकाग्रता को कम करने के लिए प्रतिक्रिया करने का कारण बनता है।

इस प्रकार, एच₂ और नहीं₂ अधिक उत्पाद बनाने और एक नया संतुलन राज्य बनाने के लिए उनका एक साथ उपभोग किया जाता है।

इसी तरह, अधिक नाइट्रोजन जोड़ने पर, संतुलन दाईं ओर शिफ्ट हो जाता है।

औद्योगिक रूप से, शेष राशि को NH. के निरंतर हटाने से स्थानांतरित कर दिया जाता है₃ प्रणाली के चयनात्मक द्रवीकरण के माध्यम से, प्रतिक्रिया उपज में वृद्धि, क्योंकि संतुलन को फिर से स्थापित किया जाना अधिक उत्पाद बनाने के लिए जाता है।

हैबर-बॉश संश्लेषण रासायनिक संतुलन अध्ययन के सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक है।

इस संश्लेषण की प्रासंगिकता के कारण, हैबर को 1918 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला और बॉश को 1931 में पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

बैलेंस शिफ्ट एक्सरसाइज

अब जब आप जानते हैं कि रासायनिक संतुलन में होने वाले परिवर्तनों की व्याख्या कैसे की जाती है, तो अपने ज्ञान का परीक्षण करने के लिए इन वेस्टिबुलर प्रश्नों का उपयोग करें।

1. (यूएफपीई) सबसे उपयुक्त एंटासिड वे होने चाहिए जो पेट में अम्लता को बहुत अधिक कम न करें। जब अम्लता में कमी बहुत अधिक होती है, तो पेट अतिरिक्त अम्ल का स्राव करता है। इस प्रभाव को "एसिड रीमैच" के रूप में जाना जाता है। नीचे दी गई वस्तुओं में से कौन सी इस आशय से जुड़ी हो सकती है?

a) ऊर्जा संरक्षण का नियम।
b) पाउली अपवर्जन सिद्धांत।
c) ले चेटेलियर का सिद्धांत।
d) थर्मोडायनामिक्स का पहला सिद्धांत।
ई) हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत।

उत्तर देखो

सही विकल्प: c) ले चेटेलियर का सिद्धांत।

एंटासिड कमजोर क्षार होते हैं जो पेट के पीएच को बढ़ाकर काम करते हैं और फलस्वरूप, अम्लता को कम करते हैं।

पेट में मौजूद हाइड्रोक्लोरिक एसिड को बेअसर करने से एसिडिटी में कमी आती है। हालांकि एसिडिटी को बहुत ज्यादा कम करके यह शरीर में असंतुलन पैदा कर सकता है, क्योंकि पेट एसिडिक वातावरण में काम करता है।

जैसा कि ले चेटेलियर के सिद्धांत द्वारा कहा गया है, जब एक संतुलन प्रणाली एक अशांति के संपर्क में आती है, तो इस परिवर्तन का विरोध होगा ताकि संतुलन फिर से स्थापित हो सके।

इस तरह, शरीर "एसिड रीमैच" प्रभाव पैदा करने वाले अधिक हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उत्पादन करेगा।

विकल्पों में प्रस्तुत अन्य सिद्धांत निम्नलिखित से संबंधित हैं:

a) ऊर्जा संरक्षण का नियम: परिवर्तनों की एक श्रृंखला में, सिस्टम की कुल ऊर्जा संरक्षित होती है।
बी) पाउली अपवर्जन सिद्धांत: एक परमाणु में, दो इलेक्ट्रॉनों में क्वांटम संख्याओं का एक ही सेट नहीं हो सकता है।
डी) थर्मोडायनामिक्स का पहला सिद्धांत: सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा की भिन्नता गर्मी के आदान-प्रदान और किए गए कार्य के बीच का अंतर है।
ई) हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत: किसी भी क्षण में इलेक्ट्रॉन की गति और स्थिति निर्धारित करना संभव नहीं है।

2. (यूएफएमजी) मीथेन को जल वाष्प के साथ उपचार करके आणविक हाइड्रोजन औद्योगिक रूप से प्राप्त किया जा सकता है। प्रक्रिया में निम्नलिखित एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया शामिल है

संतुलन में प्रणाली के संबंध में, यह सही ढंग से कहा जा सकता है कि:

क) उत्प्रेरक की उपस्थिति मिश्रण की संरचना को प्रभावित करती है।
बी) उत्प्रेरक की उपस्थिति संतुलन स्थिरांक को प्रभावित करती है।
सी) दबाव में वृद्धि से सीएच की मात्रा घट जाती है_4(छ).
d) तापमान में वृद्धि संतुलन स्थिरांक को प्रभावित करती है।
ई) तापमान में वृद्धि से CO. की मात्रा घट जाती है_(छ) .

उत्तर देखो

सही विकल्प: d) तापमान में वृद्धि संतुलन स्थिरांक को प्रभावित करती है।

तापमान बढ़ाते समय, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया, जो एंडोथर्मिक है, प्रभावित होगी, क्योंकि संतुलन को फिर से स्थापित करने के लिए सिस्टम ऊर्जा को अवशोषित करेगा और संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित करेगा।

संतुलन को सीधी दिशा में स्थानांतरित करने से बनने वाले उत्पादों की मात्रा बढ़ जाती है।

संतुलन स्थिरांक उत्पादों की सांद्रता के सीधे समानुपाती होता है: उत्पादों की मात्रा जितनी अधिक होगी, स्थिरांक का मूल्य उतना ही अधिक होगा।

तब हम देख सकते हैं कि तापमान में वृद्धि से CO और H. की मात्रा बढ़ जाती है₂.

दबाव में वृद्धि संतुलन को विपरीत प्रतिक्रिया में बदल देती है, क्योंकि संतुलन सबसे कम संख्या में मोल की ओर शिफ्ट हो जाता है। इसके साथ ही सीएच. की मात्रा₄ और वह₂को बढ़ाया है।

उत्प्रेरक का उपयोग संतुलन स्थिरांक और मिश्रण की संरचना में हस्तक्षेप नहीं करता है। यह केवल संतुलन को और अधिक तेज़ी से हासिल करने के लिए कार्य करेगा।

3. (UFC) COCl जहरीली गैस की क्रिया के अध्ययन में₂रासायनिक हथियार के रूप में उपयोग किया जाता है, प्रतिक्रिया के अनुसार अपघटन प्रक्रिया देखी जाती है:

संतुलन की स्थिति से शुरू होकर, CO का 0.10 mol जोड़ा गया और सिस्टम, कुछ समय बाद, एक नई संतुलन स्थिति में पहुंच गया। वह विकल्प चुनें जो इंगित करता है कि नए संतुलन सांद्रता पुराने लोगों से कैसे संबंधित हैं।

[COCl2]	[सीओ]	[क्ल2]
द)	नया > पुराना	नया > पुराना	नवीन व
बी)	नया > पुराना	नया > पुराना	नया > पुराना
सी)	नवीन व	नया > पुराना	नवीन व
घ)	नया > पुराना	नवीन व	नवीन व
तथा)	वही	वही	वही

उत्तर देखो

सही विकल्प:

[COCl2]	[सीओ]	[क्ल2]
द)

जब एक नया पदार्थ जोड़ा जाता है, तो सिस्टम संतुलन बहाल करने के लिए उस पदार्थ का उपभोग करता है, क्योंकि इसकी एकाग्रता में वृद्धि हुई है।

यह खपत पदार्थ को दूसरे यौगिक के साथ प्रतिक्रिया करने से होती है, इस प्रकार अधिक उत्पाद का निर्माण होता है।

इसलिए, जब हम CO की सांद्रता बढ़ाते हैं, तो खपत होगी, लेकिन बनने की हद तक नहीं not प्रारंभिक अवस्था में सांद्रता से कम, क्योंकि इसकी खपत दूसरे के साथ मिलकर होगी घटक।

पहले से ही Cl. की एकाग्रता₂ प्रारंभिक एक से छोटा हो जाता है, क्योंकि इसे सीओ की मात्रा के साथ प्रतिक्रिया करनी पड़ती है।

दो पदार्थों के मिलन से COCl की सांद्रता बढ़ गई₂, क्योंकि यह निर्मित उत्पाद है।

रासायनिक संतुलन में इन परिवर्तनों को नीचे दिए गए ग्राफ में देखा जा सकता है:

4. (UFV) संतुलन में एक रासायनिक प्रतिक्रिया के प्रायोगिक अध्ययन से पता चला है कि में वृद्धि तापमान ने उत्पादों के निर्माण का पक्ष लिया, जबकि दबाव में वृद्धि ने के गठन का पक्ष लिया अभिकर्मक। इस जानकारी के आधार पर, और यह जानते हुए कि ए, बी, सी और डी गैसें हैं, उस विकल्प को चिह्नित करें जो अध्ययन किए गए समीकरण का प्रतिनिधित्व करता है:

द)
बी)
सी)
घ)
तथा)

उत्तर देखो

सही विकल्प:

द)

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, सिस्टम संतुलन बहाल करने के लिए गर्मी को अवशोषित करता है और इसके साथ, एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया का पक्ष लेता है, जिसका ∆H सकारात्मक होता है।

तापमान में वृद्धि करके उत्पादों के निर्माण के अनुकूल विकल्प हैं: ए, बी और डी।

हालाँकि, जब दबाव बढ़ता है, तो संतुलन सबसे छोटे आयतन की ओर शिफ्ट हो जाता है, यानी सबसे छोटी संख्या वाले मोल।

अभिक्रिया को अभिकारकों की ओर ले जाने के लिए, यह आवश्यक है कि प्रतिक्रिया की इस दिशा में उत्पादों के संबंध में मोल की संख्या कम हो।

यह केवल पहले विकल्प में देखा जाता है।

5. (UEMG) निम्नलिखित समीकरण संतुलन में प्रणालियों का प्रतिनिधित्व करते हैं। एकमात्र प्रणाली क्या है जो दबाव परिवर्तन से नहीं बदलती है?

ए) ओएस_2(जी) + 1/2 ओ_2(जी) SO_3(छ)
बी) सीओ_2(जी) + एच_2(जी) सीओ_(छ) + एच₂हे_(छ)
ग) नहीं_2(जी) + 3 एच_2(जी) 2 एनएच_3(छ)
डी) 2 सीओ_2(जी) 2 सीओ_(छ) + ओ_2(जी)

उत्तर देखो

सही विकल्प: b) CO_2(जी) + एच_2(जी) सीओ_(छ) + एच₂हे_(छ)

जब कोई सिस्टम कुल दबाव बदलता है, तो आयतन में परिवर्तन के साथ संतुलन फिर से स्थापित हो जाता है।

यदि दबाव बढ़ता है, तो आयतन कम हो जाता है, संतुलन को सबसे छोटी संख्या में मोल्स में स्थानांतरित कर देता है।

दूसरी ओर, जब दबाव कम हो जाता है, तो आयतन बढ़ जाता है, संतुलन को अधिक संख्या में मोल की ओर स्थानांतरित कर देता है।

लेकिन जब प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों और उत्पादों के समान संख्या में मोल बनते हैं, तो संतुलन को स्थानांतरित करने का कोई तरीका नहीं है, क्योंकि मात्रा में परिवर्तन नहीं होता है।

हम प्रत्येक पदार्थ के आगे स्टोइकोमेट्रिक गुणांकों द्वारा मोल्स की संख्या जानते हैं।

हम इसे वैकल्पिक समीकरण में देख सकते हैं

बी) सीओ_2(जी) + एच_2(जी) सीओ_(छ) + एच₂हे_(छ)

जहां CO. का 1 मोल₂ H. के 1 मोल के साथ अभिक्रिया करता है₂ CO का 1 mol और H का 1 mol बनाने के लिए₂ओ

प्रतिक्रिया की दोनों दिशाओं में 2 मोल होते हैं, इसलिए दबाव में परिवर्तन से आयतन नहीं बदलेगा।

रासायनिक संतुलन बदलाव के बारे में अधिक प्रश्नों की जाँच करें, टिप्पणी संकल्प के साथ, इस सूची में हमने तैयार किया है: रासायनिक संतुलन व्यायाम.

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