|
|
| اگر شرایط آزمایش (مانند دما یا فشار) در یک سیستم تعادلی تغییر کند، چه اتفاقی می‌افتد؟ تاثیر این تغییرات توسط هنری لوشاتلیه در 1884 خلاصه شده است. اصل لوشاتلیه می‌گوید که سیستم در حال تعادل نسبت به نقش ایجاد شده واکنش نشان می‌دهد، به نحوی که با این تنش مقابله نموده و حالت تعادلی جدیدی را برقرار می‌کند. |
تغییرات غلظت
اگر غلظت ماده‌ای افزایش یابد، تعادل به نحوی جابجا می‌شود که غلظت ماده افزوده شده را کاهش دهد. مثلا سیستم تعادلی زیر را در نظر بگیرید.
H2(g)+I2(g) ↔2HI
اگر با افزایش H
2 به این سیستم ، غلظت آن را افزایش دهیم، تعادل به هم خورده و سیستم به نحوی عمل می‌کند که غلظت H
2 در سیستم کاهش حاصل کند. برای این منظور ، مقداری H
2 (و نیز مقداری I
3) برای تولید HI به مصرف می‌رسد. وقتی که تعادل مجددا برقرار می‌شود، غلظت HI بیش از مقدار اولیه آن خواهد بود. در این صورت می گوییم که وضع تعادل به وضع راست جابه جا شده است. اگر با افزایش HI به سیستم غلظت آن را افزایش دهیم، وضع تعادل به طرف چپ جابجا می شود و به این ترتیب مقداری HI به مصرف می‌رسد.
وقتی که تعادل بار دیگر برقرار شود، غلظت I
2 , H
2 بیش از مقادبر اولیه آنها خواهد بود. خارج کردن یکی از مواد نیز موجب تغییر وضع تعادل می‌شود. مثلا خارج کردن HI از سیستمها ، موجب می‌گردد که وضع تعادل به طرف راست جابجا شود. در این صورت ، HI بیشتری تولید شده و غلظت I
2 , H
2کاهش می‌پذیرد. با خارج کردن مداوم یک محصول می‌توان بعضی از
واکنشهای برگشت پذیر را در جهت تکمیل شدن سوق داد.
تغییرات فشار
از اصل لوشاتلیه برای پیشگوی کیفی اثر تغییر فشار بر یک سیستم در حال تعادل نیز می‌توان استفاده کرد. مثلا اثر افزایش فشار را بر یک مخلوط So
3 , O
2 , SO
2 در نظر می‌گیریم.
2SO2(g)+O2(g)↔2SO3(g)
در واکنش رفت ، دو مولکول
گاز 2SO
2 با از میان رفتن سه مولکول گاز (2SO
2+O
2) تولید می‌شود. دو مولکول گاز به اندازه سه مولکول گاز فشار اعمال نمی‌کند. از این رو وقتی فشار بر مخلوط تعادلی افزایش یابد (یا حجم سیستم کم شود)، وضع تعادل به طرف راست جابجا می‌شود و بدین ترتیب سیستم با تغییر ایجاد شده مقابله می‌کند. ولی کاهش فشار (یا فازایش حجم) موجب جابجا شدن وضع تعادل به طرف چپ جابجا می‌شود. برای واکنشهای که در آنها ∆n=o باشد، تغییر فشار در تعادل سیستمهای زیر تاثیری ندارد، زیرا حجم کلی هیچ یک از این سیستمها نه در واکنش رفت و نه در واکنش برگشت ، تغییر نکرده است.
برای سیستمی که فقط مرکب از
مواد جامد یا مایع باشد، اثر فشار بر وضع تعادل جزئی است و معمولا برای تغییر فشارهای عادی از آن صرف نظر می‌شود. ولی تغییرات فشار زیاد می‌تواند بر چنین تعادلهایی اثر قابل توجهی داشته باشد و گاهی حتی تغییرات جزیئی در چنین تعادلهایی مورد توجه است تاثیر فشار بر تعادلهای گازی بسیار زیاد است. مثلا در افزایش فشار در واکنش
تولید امونیاک موجب افزایش
دوره تولید آمونیاک می‌شود. بنابراین اصل لوشاتلیه در تعیین شرایط مناسب واکنش ، برای تهیه ماده‌ای مورد نظر ، حائز اهمیت عملی است. در مورد تعادلهای ناهمگن تاثیر فشار با شمارش تعداد مولهای گاز در هر طرف
معادله شیمیایی پیشگویی می‌شود.
تغییرات دما
برای پیشگویی تاثیر تغییر
دما بر یک سیستم در حال تعادل ، بایستی ماهیت ترمودینامیکی واکنش معلوم باشد واکنش سنتز آمونیاک در 25 درجه سانتیگراد اگر ماده است:
42g)+3H2(g)↔2NH3
زیرا مقدار H∆ منفی است. با در نظر گرفتن گرمای تولید شده به عنوان محصول واکنش، معادله شیمیایی بالا را می‌توان با مقدار 92.4 کیلوژول جمع کرد. واکنش رفت گرماده و واکنش برگشت گرماگیر است. به عبارت دیگر واکنش رفت گرما تولید می‌کند و واکنش برگشت آن را به مصرف می‌رساند. با افزایش گرما به این سیستم یعنی با بالا رفتن دمای سیستم ، واکنش تعادل به طرف چپ (یعنی به جهتی که گرما جذب می‌شود) جابجا می‌شود و اگر مخلوط را سرد کنیم، تعادل به طرف راست (یعنی در جهت تولید گرما) کشیده می‌شود. بنابراین ، بیشترین محصول
آمونیاک در پایین‌ترین دما به دست می‌آید. ولی متاسفانه در دمای خیلی پایین ، سرعت واکنش فوق العاده کم است. از این رو فرآیندهای صنعتی در فشارهای بالا و در دمای 500 درجه سانتیگراد انجام می‌شود.
اثر تغییر دما در مقدار ثابت تعادل
با تغییر دما مقدار عادی ثابت تعادل تغییر می‌کند. واکنش بین H
2 , N
2 برای تشکیل NH
3 در جهت رفت گرماگیر است و با افزایش دما به رف چپ کشیده می‌شود. در نتیجه با افزایش دما غلظت مواد سمت چپ معادله شیمیایی (یعنی
N2 و
H2 که مخرج کسر Kc را تشکیل می‌دهند) افزایش می‌یابد. ولی غلظت ماده سمت راست این معادله (یعنی
NH3 که صورت کسر Kc را تشکیل می‌دهد) کاهش می‌یابد. یعنی با افزایش دما مقدار Kc کم می‌شود.
کاتالیزگر بر وضع تعادل تاثیر نمی‌گذاد، زیرا کاتالیزگر بر سرعت واکنش رفت و برگشت اثر یکسان دارد. ولی وارد کردن کاتالیزگر در یک سیستم موجب می‌شود تا آن سیستم سریعتر به حالت تعادل برسد.
مباحث مرتبط با عنوان
