Reguła przekory Le Chateliera-Brauna

TREŚĆ REGUŁY : Jeżeli na układ znajdujący się w stanie równowagi podziałamy bodźcem z zewnątrz (zmienimy temperaturę, ciśnienie, stężenia reagentów), to w układzie tym zajdą procesy dążące do tego, by zaburzona równowaga została przywrócona. Prościej : układ działa zawsze "na przekór", jeżeli obniżam temperaturę, to układ będzie chciał ją z powrotem podnieść.
Zmiana stężeń reagentów a stan równowagi:
Stężenia substratów i produktów możemy dowolnie zmieniać.
- jeżeli ZWIĘKSZYMY STĘŻENIA substratów, w układzie zostanie zaburzona równowaga, będzie nadwyżka substratów w stosunku do produktów. Układ będzie dążył do tego, aby zminimalizować działanie bodźca, zatem konieczne będzie zmniejszenie stężenia substratów, a zwiększenie stężenia produktów. W związku z tym, że cząsteczek substratów jest więcej, częściej dochodzi do zderzeń efektywnych, tzn. takich zderzeń cząsteczek , w wyniku których powstaje nowa cząsteczka (najczęściej produkt reakcji). W związku z tym zacznie przybywać produktów i ubywać substratów aż do momentu ponownego ustalenia się równowagi chemicznej. Możemy powiedzieć, że wydajność reakcji rośnie, ponieważ wytwarzanie produktu jest efektywniejsze. Analogicznie postępujemy w wypadku, gdy zwiększymy stężenie produktów. Jeżeli produktów będzie zbyt dużo w porównaniu z ilością substratów, układ będzie dążył do odtworzenia cząsteczek substratów, więc produkty zaczną się rozpadać do substratów. Wydajność reakcji zmaleje w wyniku ubywania produktów. Podsumowując: przy zwiększeniu stężenia substratów stan równowagi zostanie przesunięty w stronę produktów (w prawo), a przy zwiększeniu stężenia produktów w stronę substratów (w lewo).
- jeżeli ZMNIEJSZYMY STĘŻENIA substratów, w układzie pojawi się deficyt substratów. Cząsteczki produktów zaczną się rozpadać, by uzupełnić niedobór substratów. Wydajność zmaleje w wyniku spadku efektywności tworzenia produktu. Jeżeli zmniejszymy stężenie produktów, powstanie ich deficyt, zatem substraty zaczną się łączyć, dając produkt i tym samym uzupełniając jego ubytek. Wydajność wzrośnie, odprowadzanie produktu z układu jest zatem prostym sposobem na zwiększenie wydajności procesu. Podsumowując: zmniejszenie stężenia substratu powoduje przesunięcie równowagi reakcji w stronę substratów (w lewo), natomiast zmniejszenie stężenia produktów przesuwa równowagę reakcji w stronę produktów (w prawo).
Wpływ temperatury na układ w stanie równowagi:
Jeżeli do przebiegu reakcji konieczne jest dostarczenie ciepła z zewnątrz, reakcja jest endotermiczna, a entalpia takiej reakcji jest większa od zera. Jeżeli procesy zachodzące w układzie powodują wzrost temperatury otoczenia, tzn. ciepło jest uwalniane, to reakcja nazywana jest egzotermiczną i jej entalpia jest mniejsza od zera. Jeżeli proces jest egzotermiczny, traktujemy ciepło jako jeden z produktów, gdy ciepło jest pochłanianie przez układ, traktujemy je jako substrat.
- jeżeli ZWIĘKSZYMY TEMPERATURĘ reakcji egzotermicznej, postępujemy w ten sam sposób jak gdybyśmy zwiększali stężenie produktu (ciepło jest produktem reakcji egzotermicznej), równowaga reakcji przesunie się w stronę substratów (w lewo, tj. w celu ochłodzenia układu).
- jeżeli ZWIĘKSZYMY TEMPERATURĘ reakcji endotermicznej, postępujemy tak samo, jak gdybyśmy zwiększyli stężenie substratów, równowaga przesunie się w stronę produktów (w prawo)
- jeżeli ZMNIEJSZYMY TEMPERATURĘ reakcji egzotermicznej, to tak, jak gdybyśmy zmniejszyli ilość produktu, równowaga przesunie się w stronę produktów (w prawo, tj. w celu ogrzania układu)
- jeżeli ZMNIEJSZYMY TEMPERATURĘ reakcji endotermicznej, postępujemy analogicznie jak przy zmniejszaniu stężeń substratów, stan równowagi zostanie przesunięty w stronę substratów (w lewo)
Wpływ ciśnienia na układ w stanie równowagi:
Do określenia, jak na układ wpłynie zmiana ciśnienia, niezbędne jest określenie liczby moli cząsteczek gazowych (g) po stronie substratów i produktów. Bardzo ważne jest to, że nie możemy brać pod uwagę cząsteczek w stanie ciekłym (c) i stałym (s). Zakładamy, że układ jest układem zamkniętym, żaden z reagentów nie opuszcza środowiska reakcji, objętość jest stała (nie zmienia się w czasie).
Im więcej cząsteczek gazowych, tym silniejsze ciśnienie jest wywierane. Przykład: synteza amoniaku z azotu i wodoru:
N2(g)+3H2(g)<--->2NH3(g)
Po stronie substratów są 4 mole cząsteczek gazowych (mol azotu i 3 mole wodoru), po stronie produktów są 2 mole cząsteczek gazowych (amoniaku). W związku z tym substraty wywierają wyższe ciśnienie niż produkt reakcji.
- jeżeli w takim przypadku ZWIĘKSZYMY CIŚNIENIE, to w układzie zajdą procesy dążące do zmniejszenia ciśnienia, zacznie powstawać coraz więcej amoniaku, który wywiera na układ mniejsze ciśnienie niż wodór i azot. Równowaga zostanie przesunięta w stronę produktów (w prawo, w celu obniżenia ciśnienia).
- jeżeli w takim przypadku ZMNIEJSZYMY CIŚNIENIE, układ będzie dążył do zwiększenia ciśnienia, cząsteczki amoniaku będą się rozpadać, tworząc wodór i azot, które z kolei podniosą ciśnienie. Równowaga przesunie się w stronę produktów (w lewo, ku zwiększeniu ciśnienia).
W niektórych przypadkach to ciśnienie wywierane przez produkty jest większe, postępujemy analogicznie jak w poprzednim przykładzie.
Niekiedy ciśnienie wywierane przez substraty jest takie samo jak ciśnienie wywierane przez produkty, np. H2(g)+I2(g)<--->2HI(g). Po obu stronach równania udział biorą 2 mole cząsteczek gazowych. W takich sytuacjach zmiana ciśnienia, podwyższenie czy obniżenie, nie wpłynie na stan równowagi.
Wpływ KATALIZATORA na układ w stanie równowagi:
Katalizator przyspiesza przebieg reakcji, poprzez obniżenie energii aktywacji (minimalnej energii niezbędnej do zapoczątkowania reakcji), nie zużywa się w trakcie trwania procesu. Katalizator, co bardzo ważne, nie wpływa na stan równowagi, zatem również nie da się, dodając katalizator, zmniejszyć bądź zwiększyć wydajności reakcji, możemy ją tylko przyspieszyć.
Wpływ INHIBITORA na układ w stanie równowagi:
Analogicznie do katalizatora, z tą różnicą, że inhibitor zwalnia przebieg reakcji.