Prinsip Le Chatelier

Ahli kimia Prancis Henri Louis Le Chatelier menciptakan salah satu hukum kimia paling terkenal yang memprediksi respons sistem kimia dalam kesetimbangan ketika terkena perubahan.

Dengan hasil studinya, ia merumuskan generalisasi untuk kesetimbangan kimia yang menyatakan sebagai berikut:

"Ketika faktor eksternal bekerja pada sistem dalam kesetimbangan, ia bergerak, selalu dalam arti meminimalkan aksi faktor yang diterapkan."

Ketika keseimbangan sistem kimia terganggu, sistem bertindak untuk meminimalkan gangguan ini dan mengembalikan stabilitas.

Oleh karena itu, sistem menyajikan:

• keadaan keseimbangan awal.
• keadaan "tidak seimbang" dengan perubahan faktor.
• keadaan keseimbangan baru yang menentang perubahan.

Contoh gangguan eksternal yang dapat mempengaruhi keseimbangan kimia adalah:

Faktor	Gangguan	Ini dibuat
Konsentrasi	Meningkatkan	Mengkonsumsi zat
Mengurangi	zat yang dihasilkan
Tekanan	Meningkatkan	Bergerak ke volume terkecil smallest
Mengurangi	Bergerak ke volume tertinggi highest
Suhu	Meningkatkan	Menyerap panas dan mengubah konstanta kesetimbangan
Mengurangi	Melepaskan panas dan mengubah konstanta kesetimbangan
Katalisator	Kehadiran	Reaksi semakin cepat

Prinsip ini sangat penting untuk industri kimia, karena reaksi dapat dimanipulasi dan membuat proses lebih efisien dan ekonomis.

Contohnya adalah proses yang dikembangkan oleh Fritz Haber, yang menggunakan prinsip Le Chatelier, secara ekonomis menciptakan rute untuk produksi amonia dari nitrogen atmosfer.

Selanjutnya, kita akan melihat kesetimbangan kimia menurut hukum Chatelier dan bagaimana gangguan dapat mengubahnya.

tahu lebih banyak tentang:

• Keseimbangan kimia
• Keseimbangan Ionik
• Indikator asam-basa

Efek konsentrasi

Ketika ada keseimbangan kimia, sistemnya seimbang.

Sistem dalam kesetimbangan dapat mengalami gangguan jika:

• Kami meningkatkan konsentrasi komponen reaksi.
• Kami menurunkan konsentrasi komponen reaksi.

Ketika kita menambahkan atau menghilangkan suatu zat dari reaksi kimia, sistem menentang perubahan tersebut, mengkonsumsi atau memproduksi lebih banyak senyawa itu sehingga keseimbangan terbentuk kembali.

Konsentrasi reaktan dan produk berubah untuk beradaptasi dengan kesetimbangan baru, tetapi konstanta kesetimbangan tetap sama.

Contoh:

Pada keseimbangan:

Reaksi memiliki konsentrasi produk yang lebih tinggi, karena dengan warna biru larutan kita melihat bahwa [kompleks CoCl₄]^-2 mendominasi.

Air juga merupakan produk dari reaksi langsung dan ketika kita meningkatkan konsentrasinya dalam larutan, sistem menentang perubahan, menyebabkan air dan kompleks bereaksi.

Kesetimbangan bergeser ke kiri, membalikkan arah reaksi, dan menyebabkan konsentrasi reaktan meningkat, mengubah warna larutan.

Pengaruh suhu

Sistem dalam kesetimbangan dapat mengalami gangguan jika:

• Ada peningkatan suhu sistem.
• Ada penurunan suhu sistem.

Saat menambah atau menghilangkan energi dari sistem kimia, sistem tersebut menentang perubahan, menyerap atau melepaskan energi sehingga keseimbangan terbentuk kembali.

Ketika sistem memvariasikan suhu, keseimbangan kimia bergeser sebagai berikut:

Dengan meningkatkan suhu, reaksi endotermik disukai dan sistem menyerap panas.

Di sisi lain, ketika suhu diturunkan, reaksi eksotermik disukai dan sistem melepaskan panas.

Contoh:

Dalam keseimbangan kimia:

Ketika kita menempatkan tabung reaksi yang berisi sistem ini ke dalam gelas kimia berisi air panas, suhu sistem meningkat dan kesetimbangan bergeser, membentuk lebih banyak produk.

Ini karena reaksi langsung bersifat endotermik dan sistem akan terbentuk kembali dengan menyerap panas.

Selanjutnya, variasi suhu juga mengubah konstanta kesetimbangan.

efek tekanan

Sistem dalam kesetimbangan dapat mengalami gangguan jika:

• Ada peningkatan tekanan sistem total.
• Ada penurunan tekanan sistem total.

Ketika kita menambah atau mengurangi tekanan suatu sistem kimia, sistem tersebut melawan perubahan, menggantikan keseimbangan dalam arti volume yang lebih kecil atau lebih besar, tetapi tidak mengubah konstanta kesetimbangan.

Ketika sistem memvariasikan volume, itu meminimalkan aksi tekanan yang diterapkan, sebagai berikut:

Semakin besar tekanan yang diberikan pada sistem, akan terjadi kontraksi volume dan kesetimbangan bergeser ke arah jumlah mol yang lebih rendah.

Namun, jika tekanan berkurang, sistem mengembang, meningkatkan volume dan arah reaksi digeser ke reaksi dengan jumlah mol tertinggi.

Contoh:

Sel-sel tubuh kita menerima oksigen melalui keseimbangan kimia:

Sistem ini terbentuk ketika oksigen di udara yang kita hirup bersentuhan dengan hemoglobin yang ada dalam darah, menghasilkan oksi-hemoglobin, yang membawa oksigen.

Ketika seseorang mendaki gunung, semakin tinggi ketinggian yang dicapai, semakin rendah jumlah dan tekanan parsial O₂ di atas udara.

Keseimbangan yang membawa oksigen dalam tubuh bergeser ke kiri dan mengurangi jumlah oksi-hemoglobin, mengorbankan jumlah oksigen yang diterima oleh sel.

Akibatnya adalah munculnya pusing dan kelelahan, yang bahkan dapat menyebabkan kematian.

Tubuh mencoba untuk bereaksi dengan memproduksi lebih banyak hemoglobin. Namun, ini adalah proses yang lambat, yang membutuhkan pengaturan di ketinggian.

Oleh karena itu, orang-orang yang bisa mendaki Gunung Everest adalah orang-orang yang paling cocok dengan ketinggian ekstrim.

Katalis

Penggunaan katalis mengganggu kecepatan reaksi, baik dalam reaksi langsung maupun sebaliknya.

Agar reaksi terjadi, perlu mencapai energi minimum agar molekul bertumbukan dan bereaksi secara efektif.

Katalis, ketika dimasukkan ke dalam sistem kimia, bertindak dengan mengurangi energi aktivasi ini dengan membentuk kompleks teraktivasi dan menciptakan jalur yang lebih pendek untuk mencapai keseimbangan kimia.

Dengan meningkatkan kecepatan reaksi secara merata, akan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan, seperti dapat dilihat pada grafik berikut:

Namun, penggunaan katalis tidak mengubah hasil reaksi atau konstanta kesetimbangan karena tidak mengganggu komposisi campuran.

sintesis amonia

Senyawa berbasis nitrogen banyak digunakan dalam pupuk pertanian, bahan peledak, obat-obatan, antara lain. Karena fakta ini, jutaan ton senyawa nitrogen diproduksi, seperti NH amonia₃, NH amonium nitrat₄PADA₃ dan urea H₂NCONH₂.

Karena permintaan senyawa nitrogen di seluruh dunia, terutama untuk kegiatan pertanian, sendawa NaNO Chili₃, sumber utama senyawa nitrogen, adalah yang paling banyak digunakan sampai awal abad ke-20, tetapi sendawa alami tidak akan mampu memenuhi permintaan saat ini.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa udara atmosfer adalah campuran gas, terdiri dari lebih dari 70% nitrogen N₂. Namun, karena stabilitas ikatan rangkap tiga menjadi proses yang sangat sulit untuk memutuskan ikatan ini untuk membentuk senyawa baru.

Solusi untuk masalah ini diusulkan oleh ahli kimia Jerman Fritz Haber. Sintesis amonia yang diusulkan oleh Haber membawa keseimbangan kimia berikut:

Untuk diimplementasikan secara industri, proses ini disempurnakan oleh Carl Bosch dan hingga saat ini paling banyak digunakan untuk menangkap nitrogen dari udara dengan fokus pada perolehan senyawa nitrogen.

Menggunakan prinsip Le Chatelier, keseimbangan kimia dapat ditingkatkan ketika:

Tambahkan H₂ dan menyebabkan sistem untuk menentang perubahan dan bereaksi untuk menurunkan konsentrasi reaktan itu.

Jadi, H₂ dan tidak₂ mereka dikonsumsi secara bersamaan untuk menghasilkan lebih banyak produk dan menciptakan keadaan keseimbangan baru.

Demikian juga, ketika menambahkan lebih banyak nitrogen, keseimbangan bergeser ke kanan.

Secara industri, keseimbangan digeser oleh penghilangan NH secara terus menerus₃ sistem melalui pencairan selektif, meningkatkan hasil reaksi, karena keseimbangan yang akan ditetapkan kembali cenderung membentuk lebih banyak produk.

Sintesis Haber-Bosch adalah salah satu aplikasi yang paling penting dari studi kesetimbangan kimia.

Karena relevansi sintesis ini, Haber menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1918 dan Bosch dianugerahi Hadiah pada tahun 1931.

Latihan pergeseran keseimbangan

Sekarang setelah Anda mengetahui bagaimana menafsirkan perubahan yang dapat terjadi dalam keseimbangan kimia, gunakan pertanyaan vestibular ini untuk menguji pengetahuan Anda.

1. (UFPE) Antasida yang paling cocok adalah yang tidak terlalu banyak mengurangi keasaman lambung. Ketika pengurangan keasaman terlalu besar, lambung mengeluarkan asam berlebih. Efek ini dikenal sebagai “acid rematch”. Manakah dari item di bawah ini yang dapat dikaitkan dengan efek ini?

a.Hukum kekekalan energi.
b) Prinsip pengecualian Pauli.
c) Prinsip Le Chatelier.
d) Prinsip pertama Termodinamika.
e) prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Lihat jawaban

Alternatif yang benar: c) prinsip Le Chatelier.

Antasida adalah basa lemah yang bekerja dengan meningkatkan pH lambung dan, akibatnya, menurunkan keasaman.

Penurunan keasaman terjadi dengan menetralkan asam klorida yang ada di lambung. Namun, dengan mengurangi keasaman terlalu banyak, dapat membuat ketidakseimbangan dalam tubuh, karena perut bekerja di lingkungan asam.

Seperti yang dinyatakan oleh prinsip Le Chatelier, ketika suatu sistem kesetimbangan terkena gangguan, akan ada oposisi terhadap perubahan ini sehingga kesetimbangan terbentuk kembali.

Dengan cara ini, tubuh akan memproduksi lebih banyak asam klorida yang menghasilkan efek “acid rematch”.

Prinsip-prinsip lain yang disajikan dalam alternatif berhubungan dengan:

a) Hukum kekekalan energi: dalam serangkaian transformasi, energi total sistem adalah kekal.
b) Asas pengecualian Pauli: dalam sebuah atom, dua elektron tidak dapat memiliki himpunan bilangan kuantum yang sama.
d) Prinsip pertama Termodinamika: variasi energi internal sistem adalah perbedaan antara pertukaran panas dan kerja yang dilakukan.
e) Prinsip ketidakpastian Heisenberg: tidak mungkin menentukan kecepatan dan posisi elektron pada saat tertentu.

2. (UFMG) Hidrogen molekuler dapat diperoleh secara industri dengan mengolah metana dengan uap air. Prosesnya melibatkan reaksi endotermik berikut:

Mengenai sistem dalam kesetimbangan, dapat dinyatakan dengan benar bahwa:

a) adanya katalis mempengaruhi komposisi campuran.
b) adanya katalis mempengaruhi konstanta kesetimbangan.
c) peningkatan tekanan menurunkan jumlah CH_4(g).
d) kenaikan suhu mempengaruhi konstanta kesetimbangan.
e) kenaikan suhu menurunkan jumlah CO_(g) .

Lihat jawaban

Alternatif yang benar: d) kenaikan suhu mempengaruhi konstanta kesetimbangan.

Ketika menaikkan suhu, reaksi langsung, yang endotermik, akan terpengaruh, karena untuk membangun kembali keseimbangan sistem akan menyerap energi dan menggeser keseimbangan ke kanan.

Menggeser keseimbangan ke arah langsung, jumlah produk yang terbentuk meningkat.

Konstanta kesetimbangan berbanding lurus dengan konsentrasi produk: semakin besar jumlah produk, semakin besar nilai konstanta.

Kita dapat mengamati kemudian, bahwa kenaikan suhu meningkatkan jumlah CO dan H₂.

Peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan ke reaksi sebaliknya, karena kesetimbangan bergeser ke arah jumlah mol terendah. Dengan itu, jumlah CH₄ dan H₂Ini ditambah.

Penggunaan katalis tidak mengganggu tetapan kesetimbangan dan komposisi campuran. Itu hanya akan bertindak dengan membuat keseimbangan lebih cepat tercapai.

3. (UFC) Dalam studi tentang aksi gas beracun COCl₂, digunakan sebagai senjata kimia, proses dekomposisi diamati menurut reaksi:

Mulai dari situasi kesetimbangan, 0,10 mol CO ditambahkan dan sistem, setelah beberapa waktu, mencapai situasi kesetimbangan baru. Pilih opsi yang menunjukkan bagaimana konsentrasi kesetimbangan baru terkait dengan yang lama.

[COCl2]	[BERSAMA]	[Cl2]
Itu)	baru > lama	baru > lama	baru
B)	baru > lama	baru > lama	baru > lama
)	baru	baru > lama	baru
d)	baru > lama	baru	baru
dan)	sama	sama	sama

Lihat jawaban

Alternatif yang benar:

[COCl2]	[BERSAMA]	[Cl2]
Itu)

Ketika zat baru ditambahkan, sistem mengkonsumsi zat itu untuk mengembalikan keseimbangan, karena konsentrasinya meningkat.

Konsumsi ini terjadi dengan membuat zat bereaksi dengan senyawa lain, sehingga menciptakan lebih banyak produk.

Oleh karena itu, ketika kita meningkatkan konsentrasi CO, akan ada konsumsi, tetapi tidak sampai menjadi lebih rendah dari konsentrasi di keadaan awal, karena konsumsinya akan terjadi bersamaan dengan yang lain komponen.

Sudah konsentrasi Cl₂ menjadi lebih kecil dari yang awal, karena harus bereaksi dengan jumlah CO yang ditambahkan.

Dari persimpangan dua zat, konsentrasi COCl meningkat₂, karena merupakan produk yang terbentuk.

Perubahan keseimbangan kimia tersebut dapat dilihat pada grafik di bawah ini:

4. (UFV) Studi eksperimental reaksi kimia dalam kesetimbangan menunjukkan bahwa peningkatan suhu disukai pembentukan produk, sedangkan peningkatan tekanan disukai pembentukan reagen. Berdasarkan informasi ini, dan mengetahui bahwa A, B, C dan D adalah gas, tandai alternatif yang mewakili persamaan yang dipelajari:

Itu)
B)
)
d)
dan)

Lihat jawaban

Alternatif yang benar:

Itu)

Ketika suhu meningkat, sistem menyerap panas untuk mengembalikan keseimbangan dan, dengan ini, mendukung reaksi endotermik, yang H-nya positif.

Alternatif yang sesuai untuk mendukung pembentukan produk dengan meningkatkan suhu adalah: a, b dan d.

Namun, ketika tekanan meningkat, kesetimbangan bergerak menuju volume terkecil, yaitu volume dengan jumlah mol terkecil.

Agar reaksi bergerak ke arah reaktan, arah reaksi ini harus memiliki jumlah mol yang lebih kecil dalam kaitannya dengan produk.

Ini hanya diamati pada alternatif pertama.

5. (UEMG) Persamaan berikut mewakili sistem dalam kesetimbangan. Apa satu-satunya sistem yang tidak bergeser karena perubahan tekanan?

a) OS_{2 (g)} + 1/2 O_{2 (g)} BEGITU_3(g)
b) CO_{2 (g)} + H_{2 (g)} CO_(g) + H₂HAI_(g)
c) Tidak_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} 2 NH_3(g)
d) 2 CO_{2 (g)} 2 CO_(g) + O_{2 (g)}

Lihat jawaban

Alternatif yang benar: b) CO_{2 (g)} + H_{2 (g)} CO_(g) + H₂HAI_(g)

Ketika suatu sistem mengubah tekanan total, keseimbangan dibangun kembali dengan perubahan volume.

Jika tekanan meningkat, volume berkurang, menggeser kesetimbangan ke jumlah mol terkecil.

Di sisi lain, ketika tekanan menurun, volume meningkat, menggeser keseimbangan ke arah jumlah mol yang lebih besar.

Tetapi ketika ada jumlah mol zat dan produk yang bereaksi yang sama, tidak ada cara untuk menggeser kesetimbangan, karena volumenya tidak berubah.

Kita mengetahui jumlah mol dengan koefisien stoikiometrik di sebelah masing-masing zat.

Kita dapat melihat ini dalam persamaan alternatif

b) CO_{2 (g)} + H_{2 (g)} CO_(g) + H₂HAI_(g)

dimana 1 mol CO₂ bereaksi dengan 1 mol H₂ membentuk 1 mol CO dan 1 mol H₂HAI.

Di kedua arah reaksi ada 2 mol, jadi perubahan tekanan tidak akan mengubah volume.

Lihat lebih banyak pertanyaan tentang pergeseran kesetimbangan kimia, dengan resolusi komentar, dalam daftar ini kami telah menyiapkan: latihan keseimbangan kimia.

Siapa itu Le Chatelier?