Ìlànà Le Chatelier: Sísọ Bí Àwọn Ìwọ́ntúnwọ́nsí Ṣe Ń Dáhùn sí Àyípadà Tẹ́lẹ̀

Ìdàrú kan ń yí Q tàbí K padà, ètò náà sì ń dá ìwọ́ntúnwọ́nsí padà

Ní ìwọ́ntúnwọ́nsí, ìpín ìhùwàpọ̀ Q dọ́gba pẹ̀lú alábàádọ́gba ìwọ́ntúnwọ́nsí K. Ìdàrú kan, tí a sábà ń pè ní wàhálà, ń fọ́ ìdọ́gba yẹn ní ọ̀kan nínú ọ̀nà méjì. Fífi irú kan kún un tàbí mímú un kúrò, tàbí yíyí ìwọ̀n ààyè àdàpọ̀ gáàsì padà, ń yí Q padà nígbà tí K ń dúró bákan náà. Yíyí ìwọ̀n ooru padà ń yí K fúnra rẹ̀ padà. Ọ̀nà yòówù, ètò náà ń hùwàpọ̀ lẹ́yìn náà títí Q yóò fi tún dọ́gba pẹ̀lú K.

Tí Q bá kéré ju K lọ báyìí, ìhùwàpọ̀ náà ń lọ síwájú, sí ọ̀dọ̀ àwọn èso. Tí Q bá tóbi ju K lọ báyìí, ó ń lọ padàsẹ́yìn. Ríronú ní ọ̀nà yìí ṣeé gbẹ́kẹ̀lé ju àwọn ọ̀rọ̀-àkọmọ̀nà tí a há sórí lọ, nítorí ó tún ń sọ fún ọ ìgbà tí kò sí ìyípadà rárá.

Ọ̀rọ̀ náà "ní apá kan" ṣe pàtàkì. Ètò náà kì í dá àyípadà náà padà pátápátá láé. Tí o bá fi ohun ìhùwàpọ̀ kan kún un, ìpọ̀ rẹ̀ ní ìwọ́ntúnwọ́nsí tuntun ṣì ga ju bí ó ṣe wà kí o tó fi kún un.

Fífi irú kan kún un tàbí mímú un kúrò

Fífi ohun ìhùwàpọ̀ kún un tàbí mímú èso kúrò ń dín Q kù sísàlẹ̀ K, nítorí náà ìhùwàpọ̀ náà ń yí sí ọ̀dọ̀ àwọn èso. Fífi èso kún un tàbí mímú ohun ìhùwàpọ̀ kúrò ń gbé Q sókè ju K lọ, nítorí náà ìhùwàpọ̀ náà ń yí sí ọ̀dọ̀ àwọn ohun ìhùwàpọ̀. Àwọn ìlànà ilé-iṣẹ́ àti yàrá-ìdánwò ń lo èyí nígbà gbogbo. Yíyọ èso tí ń di èéfín kúrò nípa dísítílẹ́ṣọ̀n, jíjẹ́ kí gáàsì sá jáde, tàbí mímú èso dàlẹ̀ ń pa Q mọ́ sísàlẹ̀ K, ó sì ń ti ìhùwàpọ̀ náà síwájú ju bí K rẹ̀ nìkan ṣe lè gbà láàyè.

Fífi ohun líle mímọ́ tàbí omi mímọ́ sí i kún un kì í yí ìwọ́ntúnwọ́nsí padà. Àwọn nǹkan wọ̀nyẹn kò hàn nínú Q, nítorí náà Q kò yípadà. Fífi CaCO₃(s) sí i kún àpò tí a dí tó wà ní ìwọ́ntúnwọ́nsí pẹ̀lú CaO(s) àti CO₂(g) ń fi ìfúnpá CO₂ sílẹ̀ láìyípadà.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: hídírójìn àfikún nínú ìwọ́ntúnwọ́nsí hídírójìn áyódáìdì

Apá OpenStax 13.3 fún ni Kc = 50.0 ní 400 °C fún H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g). Ká ní àdàpọ̀ ìwọ́ntúnwọ́nsí kan ní ìwọ̀n ooru yẹn ní [H₂] = [I₂] = 0.0150 mol/L. Nígbà náà [HI] = √(50.0 × 0.0150 × 0.0150) = 0.106 mol/L.

Báyìí a fún H₂ sínú rẹ̀ tí [H₂] fi fò sí 0.0450 mol/L kí ohunkóhun tó hùwàpọ̀. Q = (0.106)² / (0.0450 × 0.0150) = 16.7. Ìyẹn kéré ju 50.0 lọ, nítorí náà ìhùwàpọ̀ náà ń yí síwájú, ó sì ń lo díẹ̀ nínú H₂ tí a fi kún un.

Láti rí bí ó ṣe yí jìnnà tó, jẹ́ kí x mol/L H₂ hùwàpọ̀. Nígbà náà [H₂] = 0.0450 − x, [I₂] = 0.0150 − x àti [HI] = 0.106 + 2x. Fífi (0.106 + 2x)² / [(0.0450 − x)(0.0150 − x)] = 50.0 lélẹ̀ àti yíyanjú ìdọ́gba kúádírátíìkì, pẹ̀lú pípa àwọn iye àárín tí a kò yí mọ́, ń fún ni x = 0.00728. Gbòǹgbò tó bọ́gbọ́n mu ní ti ara ni èyí tó kéré ju 0.0150 lọ, nítorí I₂ kò lè sọ̀kalẹ̀ sísàlẹ̀ òdo. Ìwọ́ntúnwọ́nsí tuntun ní [H₂] = 0.0377, [I₂] = 0.00772 àti [HI] = 0.121 mol/L.

Ka èsì náà lòdì sí ìlànà náà. Ètò náà lo nǹkan bí ìdá mẹ́rin hídírójìn tí a fi kún un, nítorí náà [H₂] parí sí 0.0377 mol/L, tó ṣì ga ju 0.0150 àkọ́kọ́ lọ dáadáa. Nígbà kan náà, nǹkan bí ààbọ̀ áyódínì di HI. Fífi ohun ìhùwàpọ̀ olówó-pọ́ọ́kú kún un láti lo èyí tó wọ́n tán jẹ́ ọ̀nà àṣà láti gbé èso sókè.

Fífúnpọ̀ tàbí fífẹ̀ àdàpọ̀ gáàsì

Dídín ìwọ̀n ààyè àdàpọ̀ gáàsì kù ń gbé gbogbo ìpọ̀ sókè ní ìlọ́po kan náà. Bóyá ìyẹn ń yí Q padà sinmi lórí Δn, mọ́ọ̀lù àwọn èso gáàsì yọ mọ́ọ̀lù àwọn ohun ìhùwàpọ̀ gáàsì. Tí Δn bá jẹ́ òdì, fífúnpọ̀ ń dín Q kù, ìhùwàpọ̀ náà sì ń yí sí ọ̀dọ̀ mọ́lẹ́kùùlù gáàsì tó kéré jù. Tí Δn bá jẹ́ rere, fífúnpọ̀ ń gbé Q sókè, ìhùwàpọ̀ náà sì ń yí sí ọ̀dọ̀ àwọn ohun ìhùwàpọ̀, èyí tí ó tún jẹ́ ẹ̀gbẹ́ tó ní mọ́lẹ́kùùlù gáàsì tó kéré jù. Tí Δn bá jẹ́ òdo, bíi nínú H₂ + I₂ ⇌ 2 HI, fífúnpọ̀ kì í yí Q padà, kò sì sí ìyípadà.

Gbígbé ìfúnpá àpapọ̀ sókè nípa fífi gáàsì tí kì í hùwàpọ̀ bíi áàgọ́nù kún un ní ìwọ̀n ààyè dúró kò yí nǹkankan padà. Àwọn ìfúnpá apá àti ìpọ̀ àwọn gáàsì tó ń hùwàpọ̀ ń dúró bákan náà, nítorí náà Q ń dúró ní ìdọ́gba pẹ̀lú K. Fífi gáàsì aláìhùwàpọ̀ kún un ní ìfúnpá dúró yàtọ̀: àpò náà gbọ́dọ̀ gbòòrò, èyí tó ní ipa kan náà pẹ̀lú fífi ìwọ̀n ààyè kún un.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: pípín ìwọ̀n ààyè àdàpọ̀ NO₂–N₂O₄ sí méjì

Fún N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) ní 25 °C, apá OpenStax 13.2 ṣàpèjúwe àdàpọ̀ ìwọ́ntúnwọ́nsí pẹ̀lú [N₂O₄] = 0.042 mol/L àti [NO₂] = 0.016 mol/L. Àwọn wọ̀nyí fún ni Kc = (0.016)²/0.042 = 6.1 × 10⁻³.

Pín ìwọ̀n ààyè sí méjì ní ìwọ̀n ooru dúró. Ìpọ̀ méjèèjì di ìlọ́po méjì, sí [N₂O₄] = 0.084 àti [NO₂] = 0.032 mol/L. Q = (0.032)²/0.084 = 1.22 × 10⁻², ìlọ́po méjì Kc gan-an, nítorí ọ̀rọ̀ NO₂ jẹ́ onígun mẹ́rin. Q > K, nítorí náà ètò náà ń yí sí ọ̀dọ̀ N₂O₄, ẹ̀gbẹ́ tó ní mọ́ọ̀lù gáàsì kan dípò méjì.

Jẹ́ kí y mol/L N₂O₄ ṣẹ̀dá. Yíyanjú (0.032 − 2y)²/(0.084 + y) = 6.1 × 10⁻³ ń fún ni y = 0.0044, nítorí náà ìwọ́ntúnwọ́nsí tuntun ní [NO₂] = 0.023 mol/L àti [N₂O₄] = 0.088 mol/L, sí díjítì pàtàkì méjì bí dátà náà. NO₂ aláwọ̀ ilẹ̀ pọ̀ ju ti ṣáájú fífúnpọ̀ lọ (0.023 lòdì sí 0.016 mol/L), nítorí náà gáàsì náà dúdú sí i ní ìrísí, ṣùgbọ́n ìpín tó kéré jù nínú náítírójìn ló wà nínú NO₂ báyìí: 12 ìdá-ọgọ́rùn-ún ní ìfiwéra pẹ̀lú 16 ìdá-ọgọ́rùn-ún tẹ́lẹ̀.

Ìwọ̀n ooru ń yí K fúnra rẹ̀ padà

Ìwọ̀n ooru ni àyípadà tó wọ́pọ̀ kan ṣoṣo tó ń yí iye K padà. Fún ìhùwàpọ̀ tó ń gba ooru (ΔH > 0), K ń pọ̀ sí i bí ìwọ̀n ooru ṣe ń gòkè, nítorí náà ìgbóná ń yí ìwọ́ntúnwọ́nsí sí ọ̀dọ̀ àwọn èso. Fún ìhùwàpọ̀ tó ń tú ooru jáde (ΔH < 0), K ń dín kù bí ìwọ̀n ooru ṣe ń gòkè, nítorí náà ìgbóná ń yí i sí ọ̀dọ̀ àwọn ohun ìhùwàpọ̀. Ọ̀nà tó wúlò láti rántí èyí ni láti ka ooru sí ohun ìhùwàpọ̀ nínú ìhùwàpọ̀ tó ń gba ooru àti sí èso nínú èyí tó ń tú ooru jáde.

Apá OpenStax 13.3 fún ni ΔH = +57.20 kJ fún N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), nítorí náà mímú àdàpọ̀ náà gbóná ń mú kí ó di aláwọ̀ ilẹ̀ sí i. A lè ṣe ìdíyelé ìwọ̀n àyípadà náà pẹ̀lú ìdọ́gba van 't Hoff, ln(K₂/K₁) = −(ΔH°/R)(1/T₂ − 1/T₁). Ó tẹ̀lé láti ΔG° = −RT ln K àti ΔG° = ΔH° − TΔS° tí ΔH° àti ΔS° bá dúró ní àròpọ̀ láìyípadà.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́. Láti 25 °C (298.15 K) dé 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, nítorí náà K₂/K₁ = 6.0. Bẹ̀rẹ̀ láti Kp = Kc × RT = (6.1 × 10⁻³)(0.08206 × 298.15) = 0.15 ní 25 °C (Δn = 1, ìfúnpá ní atm), Kp ní 50 °C jẹ́ nǹkan bí 0.9. Ìgbéga ìwọ̀n 25 ń mú alábàádọ́gba ìwọ́ntúnwọ́nsí pọ̀ sí i ní nǹkan bí ìlọ́po mẹ́fà.

Kátálísìtì kì í yí ìwọ́ntúnwọ́nsí padà. Ó ń dín agbára ìmúṣiṣẹ́ ìhùwàpọ̀ ìwájú àti padàsẹ́yìn kù bákan náà, nítorí náà a ń dé ìwọ́ntúnwọ́nsí kíákíá sí i, ṣùgbọ́n K àti àkópọ̀ ìwọ́ntúnwọ́nsí kò yípadà.

Amóníà Haber–Bosch: wíwọn èso lòdì sí ìyára

Ìṣẹ̀dá amóníà ní ilé-iṣẹ́, N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), fi bí ìlànà náà ṣe ń darí àwọn àṣàyàn gidi hàn. Apá OpenStax 13.3 fún ni ΔH = −92.2 kJ. Ìhùwàpọ̀ náà ń tú ooru jáde, nítorí náà àwọn ìwọ̀n ooru tó rẹlẹ̀ jù ń fún ni K tó tóbi jù àti amóníà púpọ̀ sí i ní ìwọ́ntúnwọ́nsí. Mọ́ọ̀lù gáàsì mẹ́rin ń di méjì, nítorí náà ìfúnpá gíga náà ń ṣe ojúure sí amóníà.

Ìṣòro náà ni ìyára. Ní ìwọ̀n ooru tó rẹlẹ̀, ìhùwàpọ̀ náà lọ́ra jù láti wúlò. OpenStax ṣàpèjúwe àdéhùn àárín náà: ìfúnpá nǹkan bí 150 sí 250 atm, ìwọ̀n ooru 400 sí 500 °C pẹ̀lú kátálísìtì láti pa ìyára mọ́ ní ipò tó wúlò, àti mímú amóníà kúrò nínú àdàpọ̀ nígbà gbogbo kí Q lè dúró sísàlẹ̀ K. A yan ìwọ̀n ooru fún ìyára, ní iye owó K tó kéré jù, àwọn ipò mìíràn sì ń gba èso púpọ̀ bí ó ti ṣeé ṣe padà.

Àwọn ìṣirò tẹ́lẹ̀ Le Chatelier tó ń ṣìnà

Nígbà tí ìṣirò tẹ́lẹ̀ kan bá dà bí àìdánilójú, kọ Q, yí iye tí ọ̀rọ̀ kàn padà, kí o sì fi Q tuntun wé K. Àyẹ̀wò yẹn ń yanjú fere gbogbo ọ̀ràn nísàlẹ̀.

• Sísọ pé K ń yípadà nígbà tí ìpọ̀ kan tàbí ìwọ̀n ààyè bá yípadà. Ìwọ̀n ooru nìkan ló ń yí K padà.
• Sísọ ìyípadà tẹ́lẹ̀ lẹ́yìn fífún ìhùwàpọ̀ pọ̀ tí Δn = 0, bíi H₂ + I₂ ⇌ 2 HI.
• Sísọ ìyípadà tẹ́lẹ̀ lẹ́yìn fífi gáàsì aláìhùwàpọ̀ kún un ní ìwọ̀n ààyè dúró.
• Sísọ ìyípadà tẹ́lẹ̀ lẹ́yìn fífi ohun líle mímọ́ tàbí omi mímọ́ sí i kún un.
• Sísọ pé kátálísìtì ń mú èso ìwọ́ntúnwọ́nsí pọ̀ sí i. Ó kàn ń mú ìsúnmọ́ ìwọ́ntúnwọ́nsí yára sí i ni.
• Gbígbà pé ètò náà ń fagilé àyípadà náà pátápátá. Ohun ìhùwàpọ̀ tí a fi kún un ń parí sí òkè ìpọ̀ àkọ́kọ́ rẹ̀.
• Kíka gbogbo mọ́ọ̀lù, kì í ṣe mọ́ọ̀lù gáàsì nìkan, nígbà pípinnu bí àyípadà ìfúnpá ṣe ń ṣiṣẹ́.