ル シャトリエの原理は、温度、量、または力の増加が化学プロセスの平衡状態にどのように影響するかを予測するために使用される可能性があります。この概念は、フランスの物理学者ヘンリー ルイ ル シャトリエにちなんで名付けられました。
.これは、生産量を正確に予測して維持する必要がある産業の状況では特に重要です。
ル・シャトリエの原理圧力
ルシャトリエの原理によれば、均衡を達成する唯一の方法は生産を強化することです。反応物の量を上げると、フォワード応答が促進されます。応答の平衡は、合成における反応混合物の使用に向かってシフトし、その結果、反応混合物が減少します。
同様に、生成物を追加 (透過) すると逆反応性が高まり、生成物の濃度が低下します。反応物の割合が低下すると、いずれかの反応の平衡が化学成分の合成にシフトし、反応物の量が増加します。
説明
2SO2(g) + O2(g) ⇋ 2SO3(g)
反応物の濃度が上昇すると、平衡は反対方向に移動します。
- 前向きな反応の可能性が高くなります。
- SO2 または O2 の一部は SO3 を形成します。
- 反応の平衡が反対側にシフトします。
反応物のパーセンテージが低下すると、基質濃度が増加する方向に平衡が変化します。
- SO3 の一部は SO2 または O2 に変化します。
- 反応の平衡が左にシフトします。
反応物濃度が低下すると、
- 反応の平衡がシフトして、三酸化硫黄の濃度が上昇します。
- 転送応答のペースを上げる
- SO2 または O2 の一部は SO3 を形成します。
- 反応の平衡が右にシフトします。
製品濃度が上昇すると、
- 三酸化硫黄の露出を最小限に抑えるために、反応の平衡がシフトします。
- 逆反応の追加増加。
- SO3 の一部は SO2 または O2 に変化します。
- 反応の平衡が左にシフトします。
体積、速度、または不活性ガスの変化は、平衡と生成物の形成に影響します。
Kp =Kc (RT)n
Kp =圧力に関する平衡定数
Kc =濃度に関する平衡定数
R =ガス定数
T =温度
n =生成物の気体モル – 反応物の気体モル
液体と固体の反応は、体積、圧力、または不活性ガスの変化の影響を受けません。それらは気体プロセスに影響を与えた可能性がありますが、それは酵素と基質分子の数 (n) の増加がゼロより大きい場合に限られます.
n が 0 の場合:
ルシャトリエの原理によれば、体積、圧力、または不活性ガスを増やしても、平衡と製品形成には影響しません。
n が正の場合:
製品の作成は、圧力の増加または体積の減少によって遅くなります。逆に、圧力の低下または容積の増加は、製品生産を向上させるという逆の効果をもたらします。
不活性ガスはプロセスに関与せず、体積または圧力を上げるためにのみ使用されます。
- 不活性ガスを一定の圧力で注入すると、体積と生成物の形成が増加します。
- 一定量の不活性ガスを注入すると、圧力が上昇し、製品の生産量が減少します。
- 平衡状態にある化学プロセスでは、反応物または生成物が追加または除去されると、平衡は生成物に向かって右にシフトします。反応物を除去したり生成物を追加したりすると、平衡は反応物に向かって左にシフトします。
PCl5 ⇆ PCl3 + Cl2
- 五塩化リンの分解における n =+1。
- PCl5 の分解は、圧力の増加または体積の減少によって遅くなります。
- 不活性ガスの挿入により、標準条件での PCl5 の生成が促進されます。
- 不活性ガスの注入により、特定の量の PCl5 の生成が減少します。
n が負の場合:
ルシャトリエの原理によれば、圧力勾配または体積の減少により、より多くの製品が生み出されます。
- 標準状態では、不活性ガスを追加すると、体積が増加し、製品の生産量が減少します。
- 特定の体積で不活性ガスを注入すると圧力が上昇し、生成物の生成が促進されます。
N2 + 3H2 ⇋ 2NH3
- n =-2 のアンモニア生成では、アンモニアの生成は加圧または体積の減少によって促進されます。
- 不活性ガスの使用により、絶え間ない圧力でアンモニアの生成が減少します。
- 不活性ガスを一定量加えると、アンモニアの生成が促進されます。
ル シャトリエの原則 平衡およびプロセス条件での温度変化
平衡状態にある個々の反応は、吸熱反応または発熱反応の可能性があります。同様に、 Le Chatelier の主温度 により、可逆プロセスが平衡状態で熱力学的に有利になる可能性があります。
熱分解平衡では、ル シャトリエの原理に従って、温度が上昇すると製品の生産量が低下し、温度が低下すると製品の生成が促進されます。
周波数の上昇は吸熱プロセスでの製品生産を促進しますが、温度の低下は製品の生産を抑制します。
ΔH は、発熱平衡では負になります。 Le Chatelier の原則の温度上昇は K2 の低下をもたらすか、温度の低下は K2 を上昇させる必要があります。吸熱反応は、発熱プロセスの逆です。
例:
次の反応を考えてみましょう:
N2(g)+ 3H2(g) ⇋ 2NH3(g) ΔH=−92kJ
温度上昇
- これはエネルギーを受け取るため、吸熱反応を好みます。
- 化学変化は好ましい逆反応です。
- 生成物 (NH3) の収率が低下します。
温度低下
エネルギーを生成するため、温度の上昇が優先されます。
- 発熱反応は優先反応です。
- 生成物 (NH3) の収量が増加します。
結論
平衡システムの小さな変化に適用すると、ル シャトリエの原理に例外がないことが示されます。触媒は、プロセスに定量的に関与することなく、反応のペースを変更 (増加または減少) する物質です。可逆反応の発生速度は、前方相互作用と後方相互作用で同じです。
反応速度論の平衡は、平衡定数と同様に静的なままです。したがって、ルシャトリエの原則によれば、触媒の利用可能性は平衡アプローチを加速または遅延させますが、溶液濃度には影響しません.
