Prinsipyo ni Le Chatelier: Pagtagna kun Paonan-o an mga Equilibrium Nagreresponde ha Pagbag-o

An stress nagbabag-o han Q o K, ngan ginbabalik han sistema an equilibrium

Ha equilibrium an reaction quotient nga Q katumbas han equilibrium constant nga K. An kasamok, nga kasagaran gintatawag nga stress, nagbubungkag hito nga pagkapariho ha usa ha duha nga paagi. An pagdugang o pagtangtang hin species, o an pagbag-o han volume han sagol han gas, nagbabag-o han Q samtang an K nagpapabilin nga pariho. An pagbag-o han temperatura nagbabag-o han K mismo. Bisan hain, an sistema unya nagrereaksyon tubtob nga an Q katumbas utro han K.

Kun an Q yana mas gutiay kay ha K, an reaksyon nadalagan paabante, paingod ha mga produkto. Kun an Q yana mas dako kay ha K, nadalagan ini pabaliskad. An paghunahuna hini nga paagi mas masarigan kay ha ginsag-ulo nga mga slogan, tungod kay nagsisiring liwat ini ha imo kun san-o waray gud pagbalhin.

Mahinungdanon an pulong nga bahin. An sistema diri gud bug-os nga nagbabaliskad han pagbag-o. Kun magdugang ka hin reactant, an konsentrasyon hini ha bag-o nga equilibrium mas taas gihapon kay han antes mo ito gindugang.

Pagdugang o pagtangtang hin species

An pagdugang hin reactant o pagtangtang hin produkto nagpapaubos han Q ubos han K, salit an reaksyon nabalhin paingod ha mga produkto. An pagdugang hin produkto o pagtangtang hin reactant nagpapataas han Q labaw han K, salit an reaksyon nabalhin paingod ha mga reactant. Kanunay ini ginagamit ha mga proseso ha industriya ngan laboratoryo. An pag-distill han volatile nga produkto, an pagpabay-i nga makagawas an gas, o an pag-precipitate han produkto nagtitipig han Q ubos han K ngan nagduduso han reaksyon labaw pa kay ha itutugot han K hini la.

An pagdugang hin dugang nga putli nga solido o putli nga likido diri nagbabalhin han equilibrium. Diri makikita ito nga mga substansya ha Q, salit diri nagbabag-o an Q. An pagdugang hin dugang nga CaCO₃(s) ha sirado nga sudlanan nga aada ha equilibrium upod an CaO(s) ngan CO₂(g) nagbibilin han presyon han CO₂ nga diri nagbabag-o.

Halimbawa nga gin-solbar: sobra nga hydrogen ha equilibrium han hydrogen iodide

An OpenStax section 13.3 naghahatag hin Kc = 50.0 ha 400 °C para ha H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g). Kunohay an sagol ha equilibrium hito nga temperatura may [H₂] = [I₂] = 0.0150 mol/L. Kun sugad [HI] = √(50.0 × 0.0150 × 0.0150) = 0.106 mol/L.

Karon gin-inject an H₂ salit an [H₂] nalukso ngadto ha 0.0450 mol/L antes may magreaksyon. Q = (0.106)² / (0.0450 × 0.0150) = 16.7. Mas gutiay ini kay ha 50.0, salit an reaksyon nabalhin paabante ngan nag-uusik han pira han gindugang nga H₂.

Basi makita kun gaano kalayo ini nabalhin, himua nga x mol/L han H₂ an magreaksyon. Kun sugad [H₂] = 0.0450 − x, [I₂] = 0.0150 − x ngan [HI] = 0.106 + 2x. An pagtakda han (0.106 + 2x)² / [(0.0450 − x)(0.0150 − x)] = 50.0 ngan an pagsolbar han quadratic, nga gintitipig an diri gin-round nga intermediate nga mga bili, naghahatag hin x = 0.00728. An pisikal nga makatadunganon nga root amo an mas gutiay kay ha 0.0150, tungod kay an I₂ diri puyde maubos ubos han sero. An bag-o nga equilibrium may [H₂] = 0.0377, [I₂] = 0.00772 ngan [HI] = 0.121 mol/L.

Basaha an resulta batok ha prinsipyo. Gin-usik han sistema an mga ikaupat nga bahin han gindugang nga hydrogen, salit an [H₂] natapos ha 0.0377 mol/L, mas taas pa gihapon gud kay ha orihinal nga 0.0150. Samtang, mga katunga han iodine an nabalhin ngadto ha HI. An pagdugang hin barato nga reactant basi usikon an mahal nga usa standard nga paagi ha pagpataas han ani.

Pagpiit o pagpalapad han sagol han gas

An pagpagutiay han volume han sagol han gas nagpapataas han kada konsentrasyon hin pariho nga factor. Kun nagbabag-o ba ini han Q nagdepende ha Δn, an mga mole han gaseous nga mga produkto minus an mga mole han gaseous nga mga reactant. Kun negatibo an Δn, an compression nagpapaubos han Q ngan an reaksyon nabalhin paingod ha mas gutiay nga mga molekula han gas. Kun positibo an Δn, an compression nagpapataas han Q ngan an reaksyon nabalhin paingod ha mga reactant, nga amo utro an kilid nga may mas gutiay nga mga molekula han gas. Kun sero an Δn, sugad ha H₂ + I₂ ⇌ 2 HI, an compression diri nagbabag-o han Q ngan waray pagbalhin.

An pagpataas han kabug-osan nga presyon pinaagi ha pagdugang hin diri reaktibo nga gas sugad han argon ha konstante nga volume waray ginbabag-o. An mga partial pressure ngan konsentrasyon han nagrereaksyon nga mga gas nagpapabilin nga pariho, salit an Q nagpapabilin nga katumbas han K. An pagdugang hin inert nga gas ha konstante nga presyon lain: kinahanglan malapad an sudlanan, nga may pariho nga epekto sugad han pagpadako han volume.

Halimbawa nga gin-solbar: pagbahin ha katunga han volume han sagol han NO₂–N₂O₄

Para ha N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) ha 25 °C, an OpenStax section 13.2 naghuhulagway hin sagol ha equilibrium nga may [N₂O₄] = 0.042 mol/L ngan [NO₂] = 0.016 mol/L. Naghahatag ini hin Kc = (0.016)²/0.042 = 6.1 × 10⁻³.

Bahina ha katunga an volume ha konstante nga temperatura. An duha nga konsentrasyon nadodoble, ngadto ha [N₂O₄] = 0.084 ngan [NO₂] = 0.032 mol/L. Q = (0.032)²/0.084 = 1.22 × 10⁻², eksakto nga doble han Kc, tungod kay gin-square an termino han NO₂. Q > K, salit an sistema nabalhin paingod ha N₂O₄, an kilid nga may usa nga mole han gas imbes nga duha.

Himua nga y mol/L han N₂O₄ an mahimo. An pagsolbar han (0.032 − 2y)²/(0.084 + y) = 6.1 × 10⁻³ naghahatag hin y = 0.0044, salit an bag-o nga equilibrium may [NO₂] = 0.023 mol/L ngan [N₂O₄] = 0.088 mol/L, ha duha nga mahinungdanon nga digit sugad han datos. An brown nga NO₂ mas konsentrado kay han antes han compression (0.023 kontra 0.016 mol/L), salit mas mangitngit an hitsura han gas, kundi mas gutiay nga bahin han nitrogen an aada yana ha NO₂: 12 porsyento kumpara ha 16 porsyento han antes.

An temperatura nagbabalhin han K mismo

An temperatura la an kasagaran nga pagbag-o nga nagbabag-o han bili han K. Para ha endothermic nga reaksyon (ΔH > 0), nadako an K samtang natataas an temperatura, salit an pagpainit nagbabalhin han equilibrium paingod ha mga produkto. Para ha exothermic nga reaksyon (ΔH < 0), naubos an K samtang natataas an temperatura, salit an pagpainit nagbabalhin hini paingod ha mga reactant. An mapuslanon nga paagi basi hinumdoman ini amo an pagtrato han kainit sugad nga reactant ha endothermic nga reaksyon ngan sugad nga produkto ha exothermic.

An OpenStax section 13.3 naghahatag hin ΔH = +57.20 kJ para ha N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), salit an pagpainit han sagol naghihimo hini nga mas brown. An kadako han pagbag-o matatantya gamit an van 't Hoff nga ekwasyon, ln(K₂/K₁) = −(ΔH°/R)(1/T₂ − 1/T₁). Sumusunod ini tikang ha ΔG° = −RT ln K ngan ΔG° = ΔH° − TΔS° kun an ΔH° ngan ΔS° nagpapabilin nga tinatayang konstante.

Halimbawa nga gin-solbar. Tikang 25 °C (298.15 K) ngadto 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, salit K₂/K₁ = 6.0. Tikang ha Kp = Kc × RT = (6.1 × 10⁻³)(0.08206 × 298.15) = 0.15 ha 25 °C (Δn = 1, mga presyon ha atm), an Kp ha 50 °C mga 0.9. An 25-degree nga pagtaas nagpapadako han equilibrium constant hin mga unom ka beses.

An catalyst diri nagbabalhin han equilibrium. Pariho nga ginpapaubos hini an activation energy han forward ngan baliskad nga mga reaksyon, salit mas sayo maabot an equilibrium, kundi diri nagbabag-o an K ngan an komposisyon ha equilibrium.

Haber–Bosch nga ammonia: pagbalanse han ani batok ha kadasig

An industriyal nga synthesis han ammonia, N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), nagpapakita kun paonan-o an prinsipyo naggigiya ha tinuod nga mga pagpili. An OpenStax section 13.3 naghahatag hin ΔH = −92.2 kJ. Exothermic an reaksyon, salit an mas ubos nga mga temperatura naghahatag hin mas dako nga K ngan mas damo nga ammonia ha equilibrium. Upat nga mole han gas an nagigin duha, salit an hataas nga presyon nagpapabor liwat ha ammonia.

An kakurian amo an kadasig. Ha ubos nga temperatura an reaksyon sobra gud kahinay basi magin mapuslanon. An OpenStax naghuhulagway han kompromiso: mga presyon nga mga 150 tubtob 250 atm, mga temperatura nga 400 tubtob 500 °C nga may catalyst basi magpabilin nga praktikal an rate, ngan padayon nga pagtangtang han ammonia tikang ha sagol basi an Q magpabilin ubos han K. An temperatura ginpipili para ha rate, kapalit han mas gutiay nga K, ngan an iba nga mga kondisyon nagbabawi han kadamo nga ani nga posible.

Mga tagna ha prinsipyo ni Le Chatelier nga nasasayop

Kun diri ka sigurado ha tagna, isulat an Q, bag-oha an kantidad nga ginpapakiana, ngan ikumpara an bag-o nga Q ha K. Ito nga pagsusi nagsosolbar han hapit ngatanan nga kaso ha ubos.

• Pagsiring nga nagbabag-o an K kun nagbabag-o an konsentrasyon o an volume. An temperatura la an nagbabag-o han K.
• Pagtagna hin pagbalhin kahuman i-compress an reaksyon nga may Δn = 0, sugad han H₂ + I₂ ⇌ 2 HI.
• Pagtagna hin pagbalhin kahuman magdugang hin inert nga gas ha konstante nga volume.
• Pagtagna hin pagbalhin kahuman magdugang hin dugang nga putli nga solido o likido.
• Pag-angkon nga an catalyst nagpapadamo han ani ha equilibrium. Ginpapadasig la hini an pag-abot ha equilibrium.
• Pagdahom nga bug-os nga ginkakansela han sistema an pagbag-o. An gindugang nga reactant natatapos labaw han orihinal nga konsentrasyon hini.
• Pag-ihap han ngatanan nga mga mole, diri la an mga mole han gas, kun gindedesisyonan kun paonan-o nagbubuhat an pagbag-o han presyon.