Prensîba Le Chatelier: pêşbînkirina ka hevsengî çawa bersivê didin guherînê

Zorek Q an K diguherîne, û pergal hevsengiyê vedigerîne

Di hevsengiyê de qûsyenta reaksiyonê Q bi sabîta hevsengiyê K re wekhev e. Têkdanek, ku pir caran jê re zor tê gotin, wê wekheviyê bi yek ji du awayan dişkîne. Zêdekirin an rakirina cureyekê, an guherandina hecma tevliheviyeke gazê, Q diguherîne dema ku K wekî xwe dimîne. Guherandina germahiyê K bi xwe diguherîne. Bi her awayî, pergal paşê reaksiyon dike heta ku Q dîsa bi K re wekhev bibe.

Heke Q niha ji K piçûktir be, reaksiyon ber bi pêş ve, ber bi berheman ve, diçe. Heke Q niha ji K mezintir be, ew berovajî diçe. Fikirîna bi van termên ji dirûşmên jiberkirî pêbawertir e, ji ber ku ew her weha ji te re dibêje kengê qet guherîn tune.

Peyva “beşek” girîng e. Pergal qet guherînê bi temamî betal nake. Heke tu reaktantekê zêde bikî, tîrêjiya wê di hevsengiya nû de hê jî ji ya berî zêdekirinê bilindtir e.

Zêdekirin an rakirina cureyekê

Zêdekirina reaktantekê an rakirina berhemekê Q di bin K de nizm dike, ji ber vê yekê reaksiyon ber bi berheman ve diçe. Zêdekirina berhemekê an rakirina reaktantekê Q li jor K bilind dike, ji ber vê yekê reaksiyon ber bi reaktantan ve diçe. Pêvajoyên pîşesazî û laboratuvarê vê bi domdarî bi kar tînin. Distîlekirina berhemeke buharbar, hiştina gazekê ku derkeve, an niştandina berhemekê Q di bin K de dihêle û reaksiyonê ji ya ku K-ya wê bi tenê dê destûr bida pêşdetir dibe.

Zêdekirina bêtir ji reqeke paqij an şilaveke paqij hevsengiyê naguherîne. Ew madde di Q de xuya nabin, ji ber vê yekê Q naguhere. Zêdekirina bêtir CaCO₃(s) li keştiyeke girtî ya di hevsengiyê de bi CaO(s) û CO₂(g) re zexta CO₂ bêguherîn dihêle.

Mînaka çareserkirî: hîdrojena zêde di hevsengiya hîdrojen îyodîdê de

OpenStax beşa 13.3 ji bo H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) di 400 °C de Kc = 50.0 dide. Bifikire ku tevliheviyeke hevsengiyê di wê germahiyê de [H₂] = [I₂] = 0.0150 mol/L heye. Wê demê [HI] = √(50.0 × 0.0150 × 0.0150) = 0.106 mol/L.

Niha H₂ tê derzîkirin da ku [H₂] berî ku tiştek reaksiyon bike bazde 0.0450 mol/L. Q = (0.106)² / (0.0450 × 0.0150) = 16.7. Ew ji 50.0 kêmtir e, ji ber vê yekê reaksiyon ber bi pêş ve diçe û hinek ji H₂ ya zêdekirî bi kar tîne.

Ji bo dîtina ka ew çiqas diçe, bila x mol/L ji H₂ reaksiyon bike. Wê demê [H₂] = 0.0450 − x, [I₂] = 0.0150 − x û [HI] = 0.106 + 2x. Danîna (0.106 + 2x)² / [(0.0450 − x)(0.0150 − x)] = 50.0 û çareserkirina hevkêşeya çargoşeyî, bi hiştina nirxên navîn ên nebidorkirî, x = 0.00728 dide. Koka bi wateya fîzîkî ew e ku ji 0.0150 piçûktir e, ji ber ku I₂ nikare di bin sifirê de dakeve. Hevsengiya nû [H₂] = 0.0377, [I₂] = 0.00772 û [HI] = 0.121 mol/L heye.

Encamê li gorî prensîbê bixwîne. Pergalê nêzîkî çaryeka hîdrojena zêdekirî xwar, ji ber vê yekê [H₂] li 0.0377 mol/L qediya, hê jî baş li jor 0.0150 ya destpêkê. Di heman demê de nêzîkî nîvê îyodê bû HI. Zêdekirina reaktanteke erzan ji bo bikaranîna yekê biha rêyeke standard e ji bo bilindkirina berhemdariyê.

Tengkirin an firehkirina tevliheviyeke gazê

Kêmkirina hecma tevliheviyeke gazê her tîrêjiyê bi heman faktorê bilind dike. Ka ev Q diguherîne an na bi Δn ve girêdayî ye, molên berhemên gazî kêm molên reaktantên gazî. Heke Δn neyînî be, tengkirin Q nizm dike û reaksiyon ber bi molekulên gazê yên kêmtir ve diçe. Heke Δn erênî be, tengkirin Q bilind dike û reaksiyon ber bi reaktantan ve diçe, ku dîsa aliyê bi molekulên gazê yên kêmtir e. Heke Δn sifir be, wekî di H₂ + I₂ ⇌ 2 HI de, tengkirin Q naguherîne û guherîn tune.

Bilindkirina zexta tevahî bi zêdekirina gazeke nereaktîf wekî argonê di hecma sabît de tiştekî naguherîne. Zextên parçeyî û tîrêjiyên gazên reaksiyonker wekî xwe dimînin, ji ber vê yekê Q bi K re wekhev dimîne. Zêdekirina gazeke bêalî di zexta sabît de cuda ye: konteynir divê fireh bibe, ku heman bandora zêdekirina hecmê heye.

Mînaka çareserkirî: nîvkirina hecma tevliheviyeke NO₂–N₂O₄

Ji bo N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) di 25 °C de, OpenStax beşa 13.2 tevliheviyeke hevsengiyê bi [N₂O₄] = 0.042 mol/L û [NO₂] = 0.016 mol/L vedibêje. Ev Kc = (0.016)²/0.042 = 6.1 × 10⁻³ didin.

Hecmê di germahiya sabît de nîv bike. Her du tîrêjî du carî dibin, [N₂O₄] = 0.084 û [NO₂] = 0.032 mol/L. Q = (0.032)²/0.084 = 1.22 × 10⁻², tam du carî Kc, ji ber ku termê NO₂ çargoşe ye. Q > K, ji ber vê yekê pergal ber bi N₂O₄ ve diçe, aliyê bi yek mol gazê li şûna duyan.

Bila y mol/L ji N₂O₄ çêbibe. Çareserkirina (0.032 − 2y)²/(0.084 + y) = 6.1 × 10⁻³ vê encamê dide: y = 0.0044, ji ber vê yekê hevsengiya nû [NO₂] = 0.023 mol/L û [N₂O₄] = 0.088 mol/L heye, heta du reqemên girîng wekî daneyan. NO₂ ya qehweyî ji berî tengkirinê tîrtir e (0.023 li hember 0.016 mol/L), ji ber vê yekê gaz tarîtir xuya dike, lê beşeke piçûktir a nîtrojenê niha di NO₂ de ye: 12 ji sedî li hember 16 ji sedî berê.

Germahî K bi xwe diguherîne

Germahî yekane guherîna berbelav e ku nirxa K diguherîne. Ji bo reaksiyoneke endotermîk (ΔH > 0), K her ku germahî bilind dibe zêde dibe, ji ber vê yekê germkirin hevsengiyê ber bi berheman ve dibe. Ji bo reaksiyoneke egzotermîk (ΔH < 0), K her ku germahî bilind dibe kêm dibe, ji ber vê yekê germkirin wê ber bi reaktantan ve dibe. Rêyeke bikêr ji bo bîrxistina vê ew e ku germê di reaksiyoneke endotermîk de wekî reaktant û di yeke egzotermîk de wekî berhem bibînî.

OpenStax beşa 13.3 ji bo N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) ΔH = +57.20 kJ dide, ji ber vê yekê germkirina tevliheviyê wê qehweyîtir dike. Mezinahiya guherînê dikare bi hevkêşeya van 't Hoff bê texmînkirin, ln(K₂/K₁) = −(ΔH°/R)(1/T₂ − 1/T₁). Ew ji ΔG° = −RT ln K û ΔG° = ΔH° − TΔS° tê heke ΔH° û ΔS° bi qasî sabît bimînin.

Mînaka çareserkirî. Ji 25 °C (298.15 K) heta 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, ji ber vê yekê K₂/K₁ = 6.0. Bi destpêkirina ji Kp = Kc × RT = (6.1 × 10⁻³)(0.08206 × 298.15) = 0.15 di 25 °C de (Δn = 1, zext bi atm), Kp di 50 °C de bi qasî 0.9 e. Bilindbûneke 25 pileyî sabîta hevsengiyê nêzîkî şeş carî zêde dike.

Katalîzorek hevsengiyê naguherîne. Ew enerjiya çalakkirinê ya reaksiyonên pêşve û berovajî wekhev nizm dike, ji ber vê yekê hevsengî zûtir tê gihîştin, lê K û pêkhateya hevsengiyê naguherin.

Amonyaka Haber–Bosch: hevsengkirina berhemdariyê li hember lezê

Sentezkirina pîşesazî ya amonyakê, N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), nîşan dide ka prensîb çawa rêberiya hilbijartinên rastîn dike. OpenStax beşa 13.3 ΔH = −92.2 kJ dide. Reaksiyon egzotermîk e, ji ber vê yekê germahiyên nizmtir K-yeke mezintir û bêtir amonyak di hevsengiyê de didin. Çar molên gazê dibin du, ji ber vê yekê zexta bilind jî amonyakê tercîh dike.

Zehmetî lez e. Di germahiya nizm de reaksiyon ji bo bikêrhatinê pir hêdî ye. OpenStax lihevkirinê vedibêje: zextên nêzîkî 150 heta 250 atm, germahiyên 400 heta 500 °C bi katalîzorekê da ku lez pratîkî bimîne, û rakirina domdar a amonyakê ji tevliheviyê da ku Q di bin K de bimîne. Germahî ji bo lezê tê hilbijartin, bi bihayê K-yeke piçûktir, û şertên din bi qasî ku mimkûn e berhemdariyê vedigerînin.

Pêşbîniyên Le Chatelier ên ku şaş diçin

Dema pêşbîniyek nezelal xuya dike, Q binivîse, mîqdara di pirsê de biguherîne, û Q ya nû bi K re bide ber hev. Ew kontrol hema hema her rewşa jêrîn çareser dike.

• Gotina ku K diguhere dema tîrêjiyek an hecm diguhere. Tenê germahî K diguherîne.
• Pêşbînkirina guherînekê piştî tengkirina reaksiyoneke bi Δn = 0, wekî H₂ + I₂ ⇌ 2 HI.
• Pêşbînkirina guherînekê piştî zêdekirina gazeke bêalî di hecma sabît de.
• Pêşbînkirina guherînekê piştî zêdekirina bêtir ji reqeke an şilaveke paqij.
• Îdîakirina ku katalîzorek berhemdariya hevsengiyê zêde dike. Ew tenê nêzîkbûna hevsengiyê bilez dike.
• Texmîna ku pergal guherînê bi temamî betal dike. Reaktanteke zêdekirî li jor tîrêjiya xwe ya destpêkê diqede.
• Jimartina hemû molan, ne tenê molên gazê, dema biryardana ka guherîneke zextê çawa dixebite.