የለ ሻትሊዬ መርህ፦ ሚዛኖች ለለውጥ እንዴት ምላሽ እንደሚሰጡ መተንበይ

ጫና Qን ወይም Kን ይለውጣል፤ ሲስተሙም ሚዛንን መልሶ ያቋቁማል

በሚዛን ላይ የምላሽ ጥቅስ Q ከሚዛን ቋሚ K ጋር እኩል ነው። ብዙውን ጊዜ ጫና የሚባል ረብሻ ያንን እኩልነት ከሁለት መንገዶች በአንዱ ያፈርሳል። አንድን ንጥረ ነገር መጨመር ወይም ማስወገድ፣ ወይም የጋዝ ቅይጥን መጠን መለወጥ K ሳይለወጥ Qን ይለውጣል። የሙቀት መጠንን መለወጥ ደግሞ Kን ራሱን ይለውጣል። በሁለቱም መንገድ ሲስተሙ ከዚያ በኋላ Q እንደገና ከK ጋር እኩል እስኪሆን ድረስ ምላሽ ይሰጣል።

Q አሁን ከK ካነሰ ምላሹ ወደፊት፣ ወደ ምርቶች ይካሄዳል። Q አሁን ከK ከበለጠ ወደ ተገላቢጦሽ ይካሄዳል። በዚህ መንገድ ማሰብ ከተሸመደዱ መፈክሮች የበለጠ አስተማማኝ ነው፤ ምክንያቱም ምንም ዓይነት መዞር የማይኖርበትንም ጊዜ ይነግርዎታል።

"በከፊል" የሚለው ቃል ወሳኝ ነው። ሲስተሙ ለውጡን ሙሉ በሙሉ ፈጽሞ አይቀለብስም። ምላሽ ሰጪ ከጨመሩ በአዲሱ ሚዛን ላይ ያለው ክምችቱ ከመጨመርዎ በፊት ከነበረው አሁንም ከፍ ያለ ነው።

ንጥረ ነገርን መጨመር ወይም ማስወገድ

ምላሽ ሰጪን መጨመር ወይም ምርትን ማስወገድ Qን ከK በታች ዝቅ ያደርጋል፤ ስለዚህ ምላሹ ወደ ምርቶች ይዞራል። ምርትን መጨመር ወይም ምላሽ ሰጪን ማስወገድ Qን ከK በላይ ከፍ ያደርጋል፤ ስለዚህ ምላሹ ወደ ምላሽ ሰጪዎች ይዞራል። የኢንዱስትሪና የቤተ ሙከራ ሂደቶች ይህን ዘወትር ይጠቀማሉ። በቀላሉ የሚተን ምርትን በማጣራት ማስወገድ፣ ጋዝ እንዲያመልጥ መፍቀድ ወይም ምርትን ማዝቀጥ Qን ከK በታች ያቆያል፤ ምላሹንም K ብቻውን ከሚፈቅደው በላይ ወደፊት ይገፋዋል።

ተጨማሪ ንጹህ ጠጣር ወይም ንጹህ ፈሳሽ መጨመር ሚዛኑን አያዞረውም። እነዚህ ንጥረ ነገሮች በQ ውስጥ ስለማይታዩ Q አይለወጥም። ከCaO(s) እና ከCO₂(g) ጋር በሚዛን ላይ ባለ የታሸገ ዕቃ ውስጥ ተጨማሪ CaCO₃(s) መጨመር የCO₂ን ግፊት ሳይለወጥ ይተወዋል።

የተሠራ ምሳሌ፦ በሃይድሮጂን አዮዳይድ ሚዛን ውስጥ ተጨማሪ ሃይድሮጂን

OpenStax ክፍል 13.3 ለH₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) በ400 °C Kc = 50.0 ይሰጣል። በዚያ የሙቀት መጠን ያለ የሚዛን ቅይጥ [H₂] = [I₂] = 0.0150 mol/L አለው እንበል። ከዚያም [HI] = √(50.0 × 0.0150 × 0.0150) = 0.106 mol/L።

አሁን ምንም ነገር ምላሽ ከመስጠቱ በፊት [H₂] ወደ 0.0450 mol/L እንዲዘል H₂ ይገባል። Q = (0.106)² / (0.0450 × 0.0150) = 16.7። ይህ ከ50.0 ያንሳል፤ ስለዚህ ምላሹ ወደፊት ይዞራል፤ ከተጨመረው H₂ የተወሰነውንም ይፈጃል።

ምን ያህል እንደሚዞር ለማግኘት x mol/L H₂ ምላሽ ይስጥ። ከዚያም [H₂] = 0.0450 − x፣ [I₂] = 0.0150 − x እና [HI] = 0.106 + 2x። (0.106 + 2x)² / [(0.0450 − x)(0.0150 − x)] = 50.0 አድርጎ ያልተጠጋጉ መካከለኛ እሴቶችን በማቆየት ኳድራቲኩን መፍታት x = 0.00728 ይሰጣል። I₂ ከዜሮ በታች ሊወርድ ስለማይችል በአካል ትርጉም ያለው ሥር ከ0.0150 ያነሰው ነው። አዲሱ ሚዛን [H₂] = 0.0377፣ [I₂] = 0.00772 እና [HI] = 0.121 mol/L አለው።

ውጤቱን ከመርሁ ጋር አስተያይተው ያንብቡ። ሲስተሙ ከተጨመረው ሃይድሮጂን ሩብ ያህሉን ፈጅቷል፤ ስለዚህ [H₂] በ0.0377 mol/L ተጠናቋል፤ ይህም አሁንም ከመጀመሪያው 0.0150 እጅግ ከፍ ያለ ነው። በዚያው ጊዜ ከአዮዲኑ ግማሽ ያህሉ ወደ HI ተቀይሯል። ውድ የሆነውን ምላሽ ሰጪ ለመፍጀት ርካሽ ምላሽ ሰጪ መጨመር ምርትን ለማሳደግ የተለመደ ዘዴ ነው።

የጋዝ ቅይጥን መጨመቅ ወይም ማስፋት

የጋዝ ቅይጥን መጠን መቀነስ እያንዳንዱን ክምችት በተመሳሳይ ብዜት ያሳድጋል። ይህ Qን ይለውጥ ወይም አይለውጥ የሚወሰነው በΔn፣ ማለትም የጋዝ ምርቶች ሞሎች ሲቀነስ የጋዝ ምላሽ ሰጪዎች ሞሎች ላይ ነው። Δn አሉታዊ ከሆነ መጨመቅ Qን ዝቅ ያደርጋል፤ ምላሹም ጥቂት የጋዝ ሞለኪውሎች ወዳሉበት ይዞራል። Δn አዎንታዊ ከሆነ መጨመቅ Qን ከፍ ያደርጋል፤ ምላሹም ወደ ምላሽ ሰጪዎች ይዞራል፤ ይህም እንደገና ጥቂት የጋዝ ሞለኪውሎች ያሉበት ጎን ነው። Δn ዜሮ ከሆነ፣ እንደ H₂ + I₂ ⇌ 2 HI፣ መጨመቅ Qን አይለውጥም፤ ምንም መዞርም የለም።

በቋሚ መጠን እንደ አርጎን ያለ ምላሽ የማይሰጥ ጋዝ በመጨመር አጠቃላይ ግፊትን ማሳደግ ምንም አይለውጥም። ምላሽ የሚሰጡት ጋዞች ከፊል ግፊቶችና ክምችቶች ተመሳሳይ ሆነው ስለሚቆዩ Q ከK ጋር እኩል ሆኖ ይቆያል። በቋሚ ግፊት ኢነርት ጋዝ መጨመር ግን የተለየ ነው፦ መያዣው መስፋት አለበት፤ ይህም መጠኑን ከማሳደግ ጋር ተመሳሳይ ውጤት አለው።

የተሠራ ምሳሌ፦ የNO₂–N₂O₄ ቅይጥን መጠን በግማሽ መቀነስ

ለN₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) በ25 °C፣ OpenStax ክፍል 13.2 [N₂O₄] = 0.042 mol/L እና [NO₂] = 0.016 mol/L ያለው የሚዛን ቅይጥ ይገልጻል። እነዚህ Kc = (0.016)²/0.042 = 6.1 × 10⁻³ ይሰጣሉ።

በቋሚ የሙቀት መጠን መጠኑን በግማሽ ይቀንሱ። ሁለቱም ክምችቶች በእጥፍ ያድጋሉ፤ ወደ [N₂O₄] = 0.084 እና [NO₂] = 0.032 mol/L። Q = (0.032)²/0.084 = 1.22 × 10⁻²፣ የNO₂ ቃል ካሬ ስለሆነ በትክክል የKc እጥፍ። Q > K ስለሆነ ሲስተሙ ወደ N₂O₄ ይዞራል፤ ይህም በሁለት ፈንታ አንድ ሞል ጋዝ ያለበት ጎን ነው።

y mol/L N₂O₄ ይፈጠር። (0.032 − 2y)²/(0.084 + y) = 6.1 × 10⁻³ን መፍታት y = 0.0044 ይሰጣል፤ ስለዚህ አዲሱ ሚዛን እንደ መረጃው በሁለት ጉልህ አሃዞች [NO₂] = 0.023 mol/L እና [N₂O₄] = 0.088 mol/L አለው። ቡናማው NO₂ ከመጨመቁ በፊት ከነበረው የበለጠ የተከማቸ ነው (0.023 ከ0.016 mol/L ጋር ሲነጻጸር)፤ ስለዚህ ጋዙ ጠቆር ብሎ ይታያል፤ ነገር ግን አሁን በNO₂ ውስጥ ያለው የናይትሮጂን ድርሻ ያነሰ ነው፦ ቀደም ሲል ከነበረው 16 በመቶ ጋር ሲነጻጸር 12 በመቶ።

የሙቀት መጠን Kን ራሱን ይለውጣል

የKን እሴት የሚለውጠው የተለመደ ለውጥ የሙቀት መጠን ብቻ ነው። ለሙቀት ወሳጅ ምላሽ (ΔH > 0) የሙቀት መጠን ሲጨምር K ይጨምራል፤ ስለዚህ ማሞቅ ሚዛኑን ወደ ምርቶች ያዞራል። ለሙቀት ሰጪ ምላሽ (ΔH < 0) የሙቀት መጠን ሲጨምር K ይቀንሳል፤ ስለዚህ ማሞቅ ወደ ምላሽ ሰጪዎች ያዞረዋል። ይህን ለማስታወስ ጠቃሚው መንገድ ሙቀትን በሙቀት ወሳጅ ምላሽ ውስጥ እንደ ምላሽ ሰጪ፣ በሙቀት ሰጪ ምላሽ ውስጥ ደግሞ እንደ ምርት መቁጠር ነው።

OpenStax ክፍል 13.3 ለN₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) ΔH = +57.20 kJ ይሰጣል፤ ስለዚህ ቅይጡን ማሞቅ ይበልጥ ቡናማ ያደርገዋል። የለውጡ መጠን በቫንት ሆፍ እኩልታ፣ ln(K₂/K₁) = −(ΔH°/R)(1/T₂ − 1/T₁)፣ ሊገመት ይችላል። ΔH° እና ΔS° በግምት ቋሚ ሆነው ከቆዩ ከΔG° = −RT ln K እና ከΔG° = ΔH° − TΔS° ይመነጫል።

የተሠራ ምሳሌ። ከ25 °C (298.15 K) እስከ 50 °C (323.15 K)፣ ln(K₂/K₁) = −(57 200 J/mol ÷ 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹)(1/323.15 − 1/298.15) = 1.785፤ ስለዚህ K₂/K₁ = 6.0። በ25 °C ከKp = Kc × RT = (6.1 × 10⁻³)(0.08206 × 298.15) = 0.15 (Δn = 1፣ ግፊቶች በatm) ስንጀምር፣ በ50 °C ያለው Kp በግምት 0.9 ነው። የ25 ዲግሪ ጭማሪ የሚዛን ቋሚውን ወደ ስድስት እጥፍ ገደማ ያሳድገዋል።

ካታሊስት ሚዛንን አያዞርም። የወደፊቱንና የተገላቢጦሹን ምላሽ የማንቂያ ኃይል በእኩል ዝቅ ያደርጋል፤ ስለዚህ ሚዛን ቶሎ ይደረሳል፤ ነገር ግን K እና የሚዛኑ ስብጥር አይለወጡም።

የሃበር–ቦሽ አሞኒያ፦ ምርትን ከፍጥነት ጋር ማመጣጠን

የአሞኒያ የኢንዱስትሪ ውህደት፣ N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g)፣ መርሁ እውነተኛ ምርጫዎችን እንዴት እንደሚመራ ያሳያል። OpenStax ክፍል 13.3 ΔH = −92.2 kJ ይሰጣል። ምላሹ ሙቀት ሰጪ ስለሆነ ዝቅተኛ የሙቀት መጠኖች ትልቅ K እና በሚዛን ላይ ተጨማሪ አሞኒያ ይሰጣሉ። አራት ሞል ጋዝ ሁለት ስለሚሆን ከፍተኛ ግፊትም አሞኒያን ይደግፋል።

ችግሩ ፍጥነት ነው። በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ምላሹ ጠቃሚ ለመሆን እጅግ ቀርፋፋ ነው። OpenStax ስምምነቱን ይገልጻል፦ ወደ 150 እስከ 250 atm ገደማ ግፊቶች፣ ፍጥነቱን ተግባራዊ ለማድረግ ከካታሊስት ጋር ከ400 እስከ 500 °C የሙቀት መጠኖች፣ እንዲሁም Q ከK በታች እንዲቆይ አሞኒያን ከቅይጡ ያለማቋረጥ ማስወገድ። የሙቀት መጠኑ የሚመረጠው ለፍጥነት ሲባል በትንሽ K ዋጋ ነው፤ ሌሎቹ ሁኔታዎች ደግሞ የተቻለውን ያህል ምርት ይመልሳሉ።

የሚሳሳቱ የለ ሻትሊዬ ትንበያዎች

አንድ ትንበያ እርግጠኛ ካልሆነ Qን ይጻፉ፣ በጥያቄ ውስጥ ያለውን መጠን ይለውጡ፣ አዲሱን Q ከK ጋርም ያወዳድሩ። ያ ፍተሻ ከታች ያሉትን ጉዳዮች ከሞላ ጎደል በሙሉ ይፈታል።

• ክምችት ወይም መጠን ሲለወጥ K ይለወጣል ማለት። Kን የሚለውጠው የሙቀት መጠን ብቻ ነው።
• እንደ H₂ + I₂ ⇌ 2 HI ያለ Δn = 0 የሆነ ምላሽን ከጨመቁ በኋላ መዞር እንደሚኖር መተንበይ።
• በቋሚ መጠን ኢነርት ጋዝ ከተጨመረ በኋላ መዞር እንደሚኖር መተንበይ።
• ተጨማሪ ንጹህ ጠጣር ወይም ፈሳሽ ከተጨመረ በኋላ መዞር እንደሚኖር መተንበይ።
• ካታሊስት የሚዛን ምርትን ይጨምራል ብሎ መናገር። የሚያደርገው ወደ ሚዛን መቅረብን ማፋጠን ብቻ ነው።
• ሲስተሙ ለውጡን ሙሉ በሙሉ ይሰርዛል ብሎ መገመት። የተጨመረ ምላሽ ሰጪ ከመጀመሪያው ክምችቱ በላይ ሆኖ ይጠናቀቃል።
• የግፊት ለውጥ እንዴት እንደሚሠራ ሲወስኑ የጋዝ ሞሎችን ብቻ ሳይሆን ሁሉንም ሞሎች መቁጠር።