Принцип Ле Шательє: науковий прорив 18 століття
Про факт існування принципу Ле Шательє багато хто знає зі шкільної лави. Але деякі розуміють і можуть пояснити, в чому саме полягає цей відомий принцип.
Французький учений розповів світові про закон динамічної рівноваги в 1884 році. Для кінця дев'ятнадцятого століття відкриття було досить істотним і відразу привернуло увагу наукової громадськості. Але в силу відсутності міжнародного наукового співробітництва півтора століття тому про науковий прорив Лешательє знали тільки його співвітчизники. У 1887 році про зміщення хімічної рівноваги при зміні зовнішніх умов сказав німецький вчений Карл Фердинанд Браун, самостійно відкрив той же науковий закон, будучи непоінформованість про відкриття француза. Не випадково цей принцип часто називають принцип Ле Шательє - Брауна.
Так в чому ж полягає принцип Ле Шательє?
Знаходяться в рівновазі системи завжди прагнуть зберегти свою рівновагу і протидіяти зовнішнім силам, чинникам і умовам. Це правило діє для будь-яких систем і для будь-яких процесів: хімічних, електричних, механічних, теплових. Особливу практичну значимість принцип Ле Шательє має для оборотних хімічних реакцій.
Вплив температури на швидкість протікання реакції знаходиться в безпосередній залежності від виду реакції за тепловим ефектом. З підвищенням температури спостерігається зсув рівноваги в бік ендотермічної реакції. Зниження температури, відповідно, призводить до зміщення хімічної рівноваги в бік екзотермічної реакції. Причина цьому бачиться в тому, що при виведенні системи з рівноваги зовнішніми силами вона переходить у стан меншої залежності від факторів ззовні. Залежність ендотермічних і екзотермічних процесів від стану рівноваги виражається рівнянням Вант-Гоффа:
V2 = V1 * y (T2-T1) / 10,
де V2 - це швидкість хімічної реакції при зміненої температурі, V1 - вихідна швидкість реакції, у - показник температурної різниці.
Шведський вчений Арреніус вивів формулу експоненційної залежності швидкості реакції від температурного режиму.
К = А•е (-Е (RT)), де Е - енергія активації, R - універсальна газова постійна, T- температура в системі. Величина А є константою.
Зі збільшенням тиску спостерігається зсув хімічної рівноваги в тому напрямку, де речовини займають менший об'єм. Якщо обсяг вихідних речовин більше обсягу продуктів реакції, то рівновага зміщується в бік вихідних компонентів. Відповідно, якщо обсяг продуктів реакції перевищує обсяг реагентів, то рівновага зміщується в бік одержані хімічних сполук. При цьому передбачається, що кожен моль газу займає однаковий об'єм при нормальних умовах. Але зміна тиску в системі не завжди впливає на хімічну рівновагу. Принцип Ле Шательє показує, що додавання в реакцію інертного газу змінює тиск, але не виводить систему з рівноваги. При цьому для реакції значимо тільки той тиск, який пов'язано з реагують речовинами (гелій не має вільних електронів, він не вступає у взаємодію з речовинами в системі).
Додавання в реакцію певної кількості певної речовини призводить до зміщення рівноваги в бік того процесу, де цієї речовини стає менше.
Рівновага має динамічний характер. Воно «порушується» і «вирівнюється» природним шляхом у процесі протікання реакції. Пояснимо це положення через приклад. При гідруванні розчину брому утворюється бромоводородной кислота. Настає момент, коли кінцевий продукт утворюється занадто багато, його обсяг перевищує сукупний обсяг мономолекул водню і брому, швидкість реакції уповільнюється. Якщо додати в систему водень або бром, то реакція піде у зворотному напрямку.