مبدأ لي شاتيلير: انفراجة علمية من القرن ال 18

كثير من الناس يعرفون عن وجود مبدأ لو شاتيلير من مقاعد المدرسة. ولكن قلة منهم يفهمون هذا المبدأ المعروف ويمكنهم تفسيره.

وقال عالم فرنسي للعالم حول القانونالتوازن الديناميكي في عام 1884. في أواخر القرن التاسع عشر، كان الاكتشاف كبيرا جدا وجذب انتباه المجتمع العلمي على الفور. ولكن نظرا لعدم وجود تعاون علمي دولي قبل قرن ونصف فقط، كان مواطنون فقط يعرفون الاختراق العلمي لو شاتيلير. في عام 1887، قال العالم الألماني كارل فرديناند براون، الذي اكتشف بشكل مستقل نفس القانون العلمي، ويجري جاهلا لاكتشاف الفرنسية، عن التحول من التوازن الكيميائي في ظل الظروف الخارجية المتغيرة. ليس من قبيل المصادفة أن هذا المبدأ غالبا ما يطلق عليه مبدأ لي تشاتيلير براون.

فما هو مبدأ لو شاتيلير؟

النظم التي هي في التوازن دائما تميل إلىللحفاظ على توازنها ومواجهة القوى الخارجية والعوامل والظروف. تنطبق هذه القاعدة على جميع الأنظمة وأية عملية: الكيميائية، الكهربائية، الميكانيكية، الحرارية. مبدأ لو شاتيلير له أهمية عملية خاصة للتفاعلات الكيميائية عكسها.

تأثير درجة الحرارة على معدل التدفقرد فعل يعتمد مباشرة على نوع من رد فعل للتأثير الحراري. مع زيادة في درجة الحرارة، وتحول التوازن نحو رد فعل مانع للحرارة. خفض درجة الحرارة، على التوالي، يؤدي إلى تحول في التوازن الكيميائي نحو رد فعل الطاردة للحرارة. ويرجع السبب في ذلك إلى حقيقة أنه عندما يتم إزالة النظام من التوازن من قبل القوى الخارجية، فإنه يتحول إلى حالة أقل الاعتماد على العوامل الخارجية. ويعبر عن اعتماد عمليات الطاردة للحرارة والطاردة للحرارة على حالة التوازن بمعادلة فان هوف:

V2 = V1 * y (T2-T1) / 10،

حيث V2 هو معدل التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة متغيرة، V1 هو معدل التفاعل الأولي، و y هي معلمة الفرق في درجة الحرارة.

استنتج العالم السويدي أرينيوس صيغة الاعتماد الأسي لمعدل التفاعل على نظام درجة الحرارة.

K = A • e (-E (رت))، حيث E هي طاقة التنشيط، R هو ثابت الغاز العالمي، و T هي درجة الحرارة في النظام. قيمة A ثابتة.

كما يزيد الضغط، ويلاحظ النزوحوالتوازن الكيميائي في الاتجاه حيث المواد تحتل حجم أصغر. إذا كان حجم المواد الأولية أكبر من حجم منتجات التفاعل، ثم التوازن يتحول نحو المكونات الأصلية. وبناء على ذلك، إذا كان حجم منتجات التفاعل يتجاوز حجم الكواشف، ثم يتحول التوازن نحو المركبات الكيميائية الناتجة. ومن المفترض أن كل مول من الغاز تحتل نفس الحجم في ظل الظروف العادية. ولكن تغيير الضغط في النظام لا يؤثر دائما على التوازن الكيميائي. مبدأ لي شاتيلير يدل على أن إضافة غاز خامل إلى رد فعل يتغير الضغط، ولكن لا إزالة النظام من التوازن. في هذه الحالة، فقط الضغط الذي يرتبط مع المواد المتفاعلة هو مهم بالنسبة للتفاعل (الهيليوم ليس لديها الإلكترونات الحرة، فإنه لا يتفاعل مع المواد في النظام).

وتؤدي إضافة كمية معينة من المادة إلى التفاعل إلى حدوث تحول في التوازن نحو العملية التي تصبح فيها هذه المادة أصغر.

التوازن لديه شخصية ديناميكية. هو "اضطراب" و "مستو" بطريقة طبيعية أثناء التفاعل. دعونا شرح هذا الوضع من خلال مثال. الهدرجة من محلول البروم تنتج حمض الهيدروبروميك. هناك وقت عندما يتم تشكيل المنتج النهائي كثيرا، وحجمه يتجاوز الحجم الكلي للجزيئات أحادية الهيدروجين والبرومين، ويتباطأ معدل التفاعل. إذا أضفت الهيدروجين أو البرومين إلى النظام، فإن التفاعل سيذهب في الاتجاه المعاكس.