Przeczytaj
Reguła przekory
W francuski chemik i inżynier Henry‑Louis Le Chatelier (czyt. le szatolier) zaproponował koncepcję, która opisuje, co dzieje się z układem, gdy „coś” na krótko wyprowadza go ze stanu równowagi. Naukowiec zauważył, że:
„Jeżeli układ znajdujący się w stanie równowagi chemicznej zostanie poddany działaniu nowego czynnika zewnętrznego, to układ będzie dążył do zmniejszenia wpływu czynnika zewnętrznego i osiągnięcia nowego stanu równowagi, zbliżonego do stanu równowagi wyjściowej.” (autor: Henry Louis Le Chatelier)
Powyższe rozważania były punktem wyjścia do sformułowania reguły przekory. Opracowana przez Le Chateliera koncepcja przyniosła mu sławę i rozgłos w świecie naukowym. Trzy lata po jej ogłoszeniu, niemiecki fizyk Karl Ferdinand Braun teoretycznie uzasadnił jego teorię. Ostatecznie sformułowana przez naukowców reguła przyjęła nazwę reguły przekory Le Chateliera-Brauna. Słownik języka polskiego podaje, że przekora to „skłonność do umyślnego sprzeciwiania się komuś lub czemuś”. Zatem w przypadku zadziałania czynnika zewnętrznego na układ (np. zmiana stężenia, ciśnienia lub temperatury) układ działa na przekór.
Reakcje odwracalne i nieodwracalne
Dla zrozumienia istoty reguły przekory Le Chateliera–Brauna warto zastanowić się, czym są reakcje odwracalne i nieodwracalne. Podczas przebiegu reakcji chemicznych, jedynie dla części z nich obserwuje się całkowitą przemianę cząsteczek substratów w produkty, z jednoczesnym brakiem możliwości ponownego przekształcenia produktów w substraty. Takie reakcje określane są mianem reakcji nieodwracalnychreakcji nieodwracalnych i w zapisie stosuje się pojedynczą strzałkę.
Reakcje praktycznie nieodwracalne to np.:
Gdy cząsteczki produktów powstają z jednoczesnym odtwarzaniem cząsteczek substratów, biegnąca reakcja jest odwracalnaodwracalna, a w zapisie stosowana jest podwójna strzałka.
Reakcje odwracalne to np.:
Podczas produkcji wody gazowanej, woda źródlana jest sztucznie nasycana tlenkiem węgla(). Proces zachodzący podczas otwierania butelki z wodą gazowaną, można zapisać w postaci równania:
Zastanów się, co się dzieje w butelce wody gazowanej podczas zmiany parametrów, takich jak ciśnienie oraz temperatura.
W praktyce laboratoryjnej dąży się do uzyskania wysokiej wydajności produktu, czyli dużego stopnia przereagowania substratów. Duża wydajność może zostać osiągnięta w wyniku:
ochłodzenia układu (w przypadku reakcji egzotermicznej);
ogrzania układu (w przypadku reakcji endotermicznej);
zwiększenia ciśnienia reakcji, dla której objętość gazowych substratów jest większa od objętości gazowych produktów;
zmniejszenia ciśnienia reakcji, dla której objętość gazowych substratów jest mniejsza od objętości gazowych produktów;
użycia w nadmiarze jednego z substratów;
usunięcia części produktu z mieszaniny reakcyjnej.
Podsumowanie
Reguła przekory Le Chateliera-Brauna pozwala zrozumieć odpowiedź układu na zmiany warunków reakcji będącej w stanie równowagi. Na położenie stanu równowagi chemicznej ma wpływ:
zmiana objętości;
temperatura układu;
zmiana ciśnienia lub objętości mieszaniny reakcyjnej w przypadku reakcji zachodzącej pomiędzy reagentami gazowymi;
stężenie reagentów.
Co istotne, na położenie stanu równowagi reakcji nie ma wpływu dodatek lub zmiana katalizatorakatalizatora reakcji. Działanie katalizatora ma na celu jedynie skrócenie czasu, który jest konieczny do osiągnięcia stanu równowagistanu równowagi. Reguła przekory nie jest stosowana gdy:
następuje zmiana ciśnienia, a suma współczynników stechiometrycznych przed substratami gazowymi jest równa sumie współczynników stechiometrycznych przed produktami gazowymi w równaniu reakcji;
następuje zmiana temperatury, a reakcji nie towarzyszy żaden efekt cieplny
().
Słownik
substancja, która wprowadzona do mieszaniny reakcyjnej, przyspiesza reakcję chemiczną, ale nie zużywa się w jej trakcie. Katalizator można odzyskać po zakończeniu reakcji chemicznej; zastosowanie katalizatora nie wpływa na położenie stanu równowagi, ale tylko ułatwia jego osiągnięcie; katalizator zawsze przyspiesza reakcję zachodzącą zarówno od substratów do produktów, jak i w stronę przeciwną
reakcja, która zachodzi wyłącznie w jednym kierunku
reakcja, która może zachodzić w obu kierunkach (w kierunku produktów lub substratów), celem osiągnięcia stanu równowagi
jeżeli układ znajdujący się w stanie równowagi chemicznej zostanie poddany działaniu nowego czynnika zewnętrznego, to układ będzie dążył do zmniejszenia wpływu czynnika zewnętrznego i osiągnięcia nowego stanu równowagi, zbliżonego do stanu równowagi wyjściowej
stosunek iloczynu równowagowych stężeń produktów podniesionych do potęgi (wartości potęg równe są wartościom współczynników stechiometrycznych) do iloczynu równowagowych stężeń substratów podniesionych do potęgi (wartości potęg równe są wartościom współczynników stechiometrycznych); jej wartość jest charakterystyczna dla danej reakcji i zmienia się wraz z temperaturą
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Hejwowska S., Marcinkowski R., Staluszka J., Równowagi i procesy jonowe. Chemia 3, Gdynia 2006.
Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1, Warszawa 2013.
Pazdro K. M., Rola‑Naworyta A., Akademicki zbiór zadań z chemii ogólnej, Warszawa 2013.
Sienko M. J., Plane R. A., Chemia. Podstawy i zastosowania, Warszawa 1999.
Skoog D. A., Donald M. West D. M., Holler J. F., Crouch S. R., Podstawy chemii analitycznej, t. 1, Warszawa 2006, s. 232.