프랑스의 화학자 Henri Louis Le Chatelier는 변화에 노출되었을 때 평형 상태에서 화학 시스템의 반응을 예측하는 가장 잘 알려진 화학 법칙 중 하나를 만들었습니다.
그의 연구 결과로 그는 다음과 같은 화학적 평형에 대한 일반화를 공식화했습니다.
"외부 요인이 평형 상태에서 시스템에 작용할 때 항상 적용된 요인의 작용을 최소화한다는 의미에서 움직입니다."
화학 시스템의 균형이 깨지면 시스템은 이러한 방해를 최소화하고 안정성을 회복하는 역할을합니다.
따라서 시스템은 다음을 제공합니다.
- 초기 평형 상태.
- 요인의 변화와 함께 "불균형"상태.
- 변화에 반대하는 새로운 균형 상태.
화학적 균형에 영향을 미칠 수있는 외부 장애의 예는 다음과 같습니다.
| 인자 | 방해 | 만들어진다 |
|---|---|---|
| 집중 | 증가하다 | 물질을 소비하십시오 |
| 감소 | 물질이 생산됩니다 | |
| 압력 | 증가하다 | 가장 작은 볼륨으로 이동 |
| 감소 | 가장 높은 볼륨으로 이동 | |
| 온도 | 증가하다 | 열을 흡수하고 평형 상수를 변경 |
| 감소 | 열을 방출하고 평형 상수를 변경합니다. | |
| 촉매 | 존재 | 반응 속도가 빨라집니다 |
이 원리는 반응을 조작하고 공정을보다 효율적이고 경제적으로 만들 수 있기 때문에 화학 산업에서 매우 중요합니다.
이에 대한 예는 Fritz Haber가 개발 한 공정으로, Le Chatelier의 원리를 사용하여 대기 질소에서 암모니아를 생산하는 경로를 경제적으로 만들었습니다.
다음으로 Chatelier의 법칙에 따른 화학적 평형과 섭동이 어떻게 그것을 바꿀 수 있는지 살펴 보겠습니다.
더 많이 알다:
- 화학적 균형
- 이온 균형
- 산-염기 지표
집중 효과
화학적 균형이 있으면 시스템이 균형을 이룹니다.
평형 상태의 시스템은 다음과 같은 경우 장애를 겪을 수 있습니다.
- 반응 성분의 농도를 높입니다.
- 반응 성분의 농도를 낮 춥니 다.
화학 반응에서 물질을 추가하거나 제거 할 때 시스템은 변화에 반대하여 그 화합물을 더 많이 소비하거나 생산하여 균형이 다시 설정됩니다.
반응물과 생성물의 농도는 새로운 평형에 적응하기 위해 변경되지만 평형 상수는 동일하게 유지됩니다.
예:
균형:
반응은 더 높은 농도의 생성물을 가지고 있습니다. 왜냐하면 용액의 파란색으로 우리는 [CoCl 복합체4]-2 우세합니다.
물은 또한 직접 반응 생성물이며 용액의 농도를 높이면 시스템이 변화에 반대하여 물과 복합체가 반응합니다.
평형은 왼쪽, 역반응 방향으로 이동하여 반응물의 농도를 증가시켜 용액의 색을 변화시킵니다.
온도의 영향
평형 상태의 시스템은 다음과 같은 경우 장애를 겪을 수 있습니다.
- 시스템 온도가 증가합니다.
- 시스템 온도가 감소합니다.
화학 시스템에서 에너지를 추가하거나 제거 할 때 시스템은 변화에 반대하여 에너지를 흡수하거나 방출하여 균형을 다시 설정합니다.
시스템이 온도를 변경하면 화학적 균형이 다음과 같이 이동합니다.
온도를 높이면 흡열 반응이 선호되고 시스템이 열을 흡수합니다.
반면에 온도가 낮아지면 발열 반응이 선호되고 시스템은 열을 방출합니다.
예:
화학적 균형 :
이 시스템이 포함 된 시험관을 뜨거운 물이 든 비커에 넣으면 시스템의 온도가 상승하고 평형이 이동하여 더 많은 제품을 형성합니다.
이는 직접 반응이 흡열 성이어서 시스템이 열을 흡수하여 다시 설정되기 때문입니다.
또한 온도 변화는 평형 상수도 변경합니다.
압력 효과
평형 상태의 시스템은 다음과 같은 경우 장애를 겪을 수 있습니다.
- 전체 시스템 압력이 증가합니다.
- 전체 시스템 압력이 감소합니다.
화학 시스템의 압력을 높이거나 낮출 때 시스템은 변화에 반대하여 부피가 각각 작거나 큰 의미에서 균형을 유지하지만 평형 상수를 변경하지는 않습니다.
시스템이 볼륨을 변경하면 다음과 같이 적용된 압력의 작용을 최소화합니다.
시스템에 가해지는 압력이 클수록 부피가 수축되고 평형이 더 낮은 몰 수로 이동합니다.
그러나 압력이 감소하면 시스템이 팽창하여 부피가 증가하고 반응의 방향은 몰 수가 가장 많은 것으로 이동합니다.
예:
우리 몸의 세포는 화학적 균형을 통해 산소를받습니다.
이 시스템은 우리가 호흡하는 공기 중의 산소가 혈액에 존재하는 헤모글로빈과 접촉하여 산소를 운반하는 옥시 헤모글로빈을 생성 할 때 확립됩니다.
사람이 산을 오를 때 고도가 높아질수록 O의 양과 분압이 낮아집니다.2 공중에서.
체내에서 산소를 운반하는 균형은 왼쪽으로 이동하여 산소 헤모글로빈의 양을 줄여 세포가받는 산소의 양을 저하시킵니다.
그 결과 현기증과 피로가 나타나 사망에이를 수도 있습니다.
신체는 더 많은 헤모글로빈을 생성하여 반응을 시도합니다. 그러나 이것은 고도로 설정해야하는 느린 프로세스입니다.
따라서 에베레스트 산을 오를 수있는 사람은 극한 고도에 가장 적합한 사람입니다.
촉매
촉매의 사용은 직접 반응과 역반응 모두에서 반응 속도를 방해합니다.
반응이 일어나기 위해서는 분자가 효과적으로 충돌하고 반응하기 위해 최소 에너지에 도달해야합니다.
촉매는 화학 시스템에 삽입 될 때 활성화 된 복합체를 형성하고 화학적 균형에 도달하는 더 짧은 경로를 생성함으로써이 활성화 에너지를 감소시킴으로써 작용합니다.
반응 속도를 균등하게 높이면 다음 그래프에서 볼 수 있듯이 평형에 도달하는 데 필요한 시간이 줄어 듭니다.
그러나 촉매의 사용은 혼합물의 조성을 방해하지 않기 때문에 반응 수율이나 평형 상수를 변화시키지 않습니다.
암모니아 합성
질소 기반 화합물은 농업용 비료, 폭발물, 의약품 등에 널리 사용됩니다. 이로 인해 NH 암모니아와 같은 수백만 톤의 질소 화합물이 생성됩니다.3, NH 질산 암모늄4에서3 및 요소 H2NCONH2.
주로 농업 활동을위한 질소 화합물에 대한 전 세계 수요로 인해 칠레의 NaNO 질산염3질소 화합물의 주요 공급 원인는 20 세기 초까지 가장 많이 사용되었지만 천연 질산염은 현재 수요를 공급할 수 없습니다.
대기는 70 % 이상의 질소 N으로 구성된 가스의 혼합물이라는 점이 흥미 롭습니다.2. 그러나 삼중 결합의 안정성으로 인해 이 결합을 끊어 새로운 화합물을 형성하는 것은 매우 어려운 과정이됩니다.
이 문제에 대한 해결책은 독일 화학자 Fritz Haber가 제안했습니다. Haber가 제안한 암모니아 합성은 다음과 같은 화학적 균형을 가져옵니다.
산업적으로 구현하기 위해이 공정은 Carl Bosch에 의해 완성되었으며 지금까지 질소 화합물을 얻는 데 중점을두고 대기에서 질소를 포착하는 데 가장 많이 사용되었습니다.
Le Chatelier의 원리를 사용하면 다음과 같은 경우 화학적 균형을 높일 수 있습니다.
H 추가2 시스템이 변화에 반대하고 반응하여 그 반응물의 농도를 낮추도록합니다.
따라서 H2 그리고 아니2 더 많은 제품을 생산하고 새로운 평형 상태를 만들기 위해 동시에 소비됩니다.
마찬가지로 질소를 더 추가하면 균형이 오른쪽으로 이동합니다.
산업적으로는 NH의 지속적인 제거로 균형이 이동합니다.3 재 확립 될 균형이 더 많은 생성물을 형성하는 경향이 있기 때문에 선택적 액화를 통해 시스템의 반응 수율을 증가시킵니다.
Haber-Bosch 합성은 화학 평형 연구의 가장 중요한 응용 프로그램 중 하나입니다.
이 합성의 관련성으로 인해 하버는 1918 년에 노벨 화학상을, 보쉬는 1931 년에 상을 받았습니다.
균형 교대 운동
이제 화학 균형에서 발생할 수있는 변화를 해석하는 방법을 알았으므로 다음 전정 질문을 사용하여 지식을 테스트하십시오.
1. (UFPE) 가장 적합한 제산제는 위장의 산도를 너무 많이 감소시키지 않는 것이어야합니다. 산도 감소가 너무 크면 위가 과도한 산을 분비합니다. 이 효과를 "산 재 대응"이라고합니다. 아래 항목 중이 효과와 관련 될 수있는 항목은 무엇입니까?
a) 에너지 절약의 법칙.
b) Pauli 배제 원칙.
c) Le Chatelier의 원칙.
d) 열역학의 첫 번째 원리.
e) 하이젠 베르크의 불확실성 원리.
올바른 대안: c) Le Chatelier의 원칙.
제산제는 위의 pH를 높이고 결과적으로 산도를 낮추는 약한 염기입니다.
산도의 감소는 위에 존재하는 염산을 중화시킴으로써 발생합니다. 그러나 산도를 너무 많이 줄이면 위가 산성 환경에서 작동하기 때문에 신체에 불균형을 일으킬 수 있습니다.
르 샤 틀리에의 원칙에 명시된 바와 같이, 평형 시스템이 교란에 노출되면이 변화에 반대하여 평형이 다시 설정됩니다.
이러한 방식으로 신체는 더 많은 염산을 생성하여 "산 재결합"효과를 생성합니다.
대안에 제시된 다른 원칙은 다음을 다룹니다.
a) 에너지 보존 법칙: 일련의 변환에서 시스템의 총 에너지가 보존됩니다.
b) Pauli 배제 원리: 원자에서 두 전자는 동일한 양자 수 집합을 가질 수 없습니다.
d) 열역학의 첫 번째 원리: 시스템 내부 에너지의 변화는 열교환 된 작업과 수행 된 작업 간의 차이입니다.
e) 하이젠 베르크의 불확실성 원리: 주어진 순간에 전자의 속도와 위치를 결정하는 것은 불가능합니다.
평형 상태의 시스템과 관련하여 다음과 같이 올바르게 말할 수 있습니다.
a) 촉매의 존재는 혼합물의 조성에 영향을 미칩니다.
b) 촉매의 존재는 평형 상수에 영향을 미칩니다.
c) 압력의 증가는 CH의 양을 감소시킵니다.4(지).
d) 온도의 증가는 평형 상수에 영향을 미칩니다.
e) 온도의 증가는 CO의 양을 감소시킵니다(지) .
올바른 대안: d) 온도의 증가는 평형 상수에 영향을 미칩니다.
온도를 높이면 흡열 성인 직접 반응이 영향을 받게됩니다. 균형을 다시 설정하기 위해 시스템이 에너지를 흡수하고 균형을 오른쪽으로 이동하기 때문입니다.
균형을 직접 방향으로 이동하면 성형 제품의 양이 증가합니다.
평형 상수는 제품의 농도에 정비례합니다. 제품 수량이 많을수록 상수 값이 커집니다.
우리는 온도의 증가가 CO와 H의 양을 증가시키는 것을 관찰 할 수 있습니다.2.
압력의 증가는 평형이 가장 낮은 몰 수로 이동함에 따라 평형을 역반응으로 이동시킵니다. 그것으로 CH의 양4 그리고 H2증강됩니다.
촉매의 사용은 혼합물의 평형 상수와 조성을 방해하지 않습니다. 균형을 더 빨리 달성 할 때만 작동합니다.
3. (UFC) COCl 독가스의 작용 연구2화학 무기로 사용되는 분해 과정은 반응에 따라 관찰됩니다.
평형 상태에서 시작하여 0.10mol의 CO가 추가되었고 얼마 후 시스템은 새로운 평형 상태에 도달했습니다. 새로운 평형 농도가 이전 농도와 어떻게 관련되는지 나타내는 옵션을 선택하십시오.
| [COCl2] | [CO] | [Cl2] | |
| 그만큼) | 새> 이전 | 새> 이전 | 새로운 |
| 비) | 새> 이전 | 새> 이전 | 새> 이전 |
| 씨) | 새로운 | 새> 이전 | 새로운 |
| 디) | 새> 이전 | 새로운 | 새로운 |
| 과) | 같은 | 같은 | 같은 |
올바른 대안 :
| [COCl2] | [CO] | [Cl2] | |
| 그만큼) |
새로운 물질이 추가되면 시스템은 농도가 증가함에 따라 균형을 회복하기 위해 해당 물질을 소비합니다.
이 소비는 물질이 다른 화합물과 반응하여 더 많은 제품을 생성함으로써 발생합니다.
따라서 CO의 농도를 높이면 소비가 발생하지만 다른 것과 함께 소비되므로 초기 상태의 농도보다 낮습니다. 구성 요소.
이미 Cl의 농도2 추가 된 CO의 양과 반응해야했기 때문에 초기보다 작아집니다.
두 물질의 접합부에서 COCl의 농도가 증가했습니다.2, 형성된 제품이기 때문입니다.
이러한 화학적 균형의 변화는 다음 그래프에서 볼 수 있습니다.
4. (UFV) 평형에서의 화학 반응에 대한 실험적 연구는 온도는 제품의 형성에 유리한 반면 압력의 증가는 시약. 이 정보를 바탕으로 A, B, C 및 D가 기체라는 것을 알고 연구한 방정식을 나타내는 대안을 표시하십시오.
| 그만큼) | ||
| 비) | ||
| 씨) | ||
| 디) | ||
| 과) |
올바른 대안 :
| 그만큼) |
온도가 상승하면 시스템은 열을 흡수하여 균형을 회복하고 ∆H가 양수인 흡열 반응을 선호합니다.
온도를 높여 제품 형성을 선호하는 대안은 a, b 및 d입니다.
그러나 압력이 증가하면 평형은 가장 작은 부피, 즉 몰 수가 가장 적은 부피로 이동합니다.
반응이 반응물쪽으로 이동하기 위해서는 반응의이 방향이 생성물에 비해 더 적은 수의 몰을 가질 필요가 있습니다.
이것은 첫 번째 대안에서만 관찰됩니다.
5. (UEMG) 다음 방정식은 평형 시스템을 나타냅니다. 압력 변화에 의해 변하지 않는 유일한 시스템은 무엇입니까?
a) OS2 (g) + 1 / 2O2 (g) ⇔ 그래서3(지)
b) CO2 (g) + H2 (g) ⇔ CO(지) + H2영형(지)
c) 아니요2 (g) + 3 시간2 (g) ⇔ 2 NH3(지)
d) 2 CO2 (g) ⇔ 2 CO(지) + O2 (g)
올바른 대안: b) CO2 (g) + H2 (g) ⇔ CO(지) + H2영형(지)
시스템이 전체 압력을 변경하면 볼륨 변화에 따라 균형이 다시 설정됩니다.
압력이 증가하면 부피가 감소하여 평형이 최소 몰 수로 이동합니다.
반면에 압력이 감소하면 부피가 증가하여 균형이 더 많은 몰로 이동합니다.
그러나 동일한 수의 반응 물질과 생성물이 형성되면 부피가 변하지 않기 때문에 평형을 이동할 방법이 없습니다.
우리는 각 물질 옆의 화학 양론 계수로 몰 수를 알고 있습니다.
우리는 이것을 대체 방정식에서 볼 수 있습니다.
b) CO2 (g) + H2 (g) ⇔ CO(지) + H2영형(지)
여기서 1 몰의 CO2 1 몰의 H와 반응2 1 mol의 CO와 1 mol의 H를 형성하기 위해2영형.
반응의 양방향에는 2 몰이 있으므로 압력의 변화는 부피를 변화시키지 않습니다.
우리가 준비한이 목록에서 설명 된 해상도와 함께 화학적 평형 변위에 대한 더 많은 질문을 확인하십시오. 화학적 균형 운동.
Le Chatelier는 누구였습니까?
