Принципът на Льо Шателие-Браун

Нека да имаме реакция между молекулата А и молекулата В, която е в динамично равновесие с молекулите С и D. Което означава просто, че скоростта на правата реакция е равна на скоростта на обратната реакция. Ще има някакво равновесие между концентрациите на А, В, С и D и можем да намерим равновесната константа. Пак ще повторя. Мисля, че съм го казвал поне четири пъти. Фактът, че скоростта на правата реакция е равна на скоростта на обратната реакция не означава, че концентрациите са равни. Концентрациите на всяка от тези молекули може да е много различна. Те просто вече не се променят, защото правата и обратната реакция протичат с еднаква скорост. Сега, като знаем че сме в състояние на равновесие, какво ще се случи, ако добавя още А в системата? Спомни си, че сме в равновесно състояние. Концентрациите са постоянни. И изведнъж добавям в системата още А. Странното по отношение на молекулите А и В, въпреки че не добавям още молекули В към системата, се увеличава шанса молекули А и В да се сблъскат по правилния начин и така е по-вероятно да протече правата реакция. Като добавим вещество А в системата, ще имаме повече молекули А. Те ще се сблъскват по-често с В-та, така че В-тата ще намалеят, нали? Защото В ще се изконсумират. И още по-важно, С-тата и D-тата определено ще се увеличат. И за да стане това, трябва да се добави А. Тези А-та ще се срещнат с повече В-та и тази права реакция изведнъж ще започне да протича с по-голяма скорост от обратната. Значи реакцията ще протича в тази посока. Тогава ще има повече С и D и може би част от тях също ще се сблъскат и ще протече тази реакция. В някакъв момент ще достигнем ново равновесие. Но основното е, че ще има повече А и малко по-малко В, защото не сме добавили В. Така че повече В ще се изконсумира след добавяне на А. И ще се получи повече С и D при равновесие. Можеш да си представиш, че ако добавиш А и В, ако сме добавили и В, тогава реакцията ще протече още по-силно в права посока. Не мисля, че това е някаква велика тайна за устройството на света. Мисля, че това е просто очевидно, че ако се намесиш в реакцията като добавиш повече от едната страна, тя ще се придвижи в посока, която компенсира въздействието. Така че, ако добавиш още А, ще имаш повече А, които се сблъскват с В и реакцията тръгва насам и се консумира малко повече В. Ако добавиш и от двете, цялата система се измества насам. Подобно... нека да препиша реакцията. Ще го направя в друг цвят. А + В, динамично равносие, С + D. Ако добавя още С... мисля, че разбра идеята... какво ще се случи? Това ще повиши концентрацията на А и В, и вероятно ще се изконсумира малко повече от D. Ако добавя още С и D, тогава, естествено, ще се получат много повече А и В. Тази идея изглежда съвсем логична, но тя си има много засукано име, нарича се принцип на... нека е с главна буква... принцип на Льо Шателие-Браун. Ако си гледал/а достатъчно видеа, знаеш, че трябва да внимавам със спелинга. И всичко, което този принцип казва, е, че ако се въздейства на реакция, която е в равновесие, реакцията ще се измести в едната посока, за да компенсира този стрес или това въздействие. Когато казват стрес върху реакцията, това означава добавяне на А, така че реакцията ще се измести в права посока, за да компенсира стреса... добавянето на това А. Имам предвид, че това не е стрес в класическия смисъл, но все пак е стрес. По някакъв начин променяш условията. Преди процесът се е чувствал комфортно в една стабилна среда. Сега, като знаем принципа на Льо Шателие-Браун, да видим и други случаи. Да кажем, че А плюс В плюс някаква топлина образуват С плюс D. Може да образуват и някакво Е. Ако добавим топлина в тази система, какво ще стане? За да протича реакцията в права посока, е нужна топлина. Колкото повече топлина има, толкова по-вероятно е да протича правата реакция. Принципът на Льо Шателие-Браун казва, че ние въздействаме на реакцията, когато добавяме топлина, реакцията ще се измести в такава посока, че да компенсира въздействието. За да компенсира въздействието, имаме повече топлина, така че ще се консумира повече А. Така че стабилната равновесна концентрация на А ще се понижи. В също ще намалее, защото ще се консумира повече. Правата реакция се извършва в по-голяма степен. Тогава ще се увеличат С, D и Е. А ако направиш обратното? Нека да изтрия това. Ако вместо да добавяш топлина, ти я отнемаш? Нека да кажем, че отнемаш от топлината. Само да се уверя, че курсора ми работи. Когато отнемаш топлина, какво се благоприятства? Тогава се благоприятства в обратната посока, защото тук ще има по-малко топлина. Имам предвид, че всичко това е заедно. Ще има по-малко топлина за тази реакция, така че обратната ще започне да доминира, нали? Ако отнемеш топлина, скоростта на тази реакция ще се забави, а тази ще се увеличи, така че ще има движение в тази посока, или обратната реакция ще се благоприятства. Сега да помислим за друго въздействие - налягането. Представи си, че имаме... разглеждахме процеса на Хабер-Бош, и това е реакцията на процеса на Хабер-Бош. Азот газ плюс 3 мола водород газ са в равновесие с 2 мола амоняк газ. Какво ще се случи, ако приложа налягане на системата? Ще приложа налягане. И ако се замислиш какво ще се случи при това повишено налягане, когато то изведнъж е свито, въпреки, че обемът не е задължително да намалее, но някак или нещо принуждава молекулите да са по-близо една до друга? Сега, когато нещата се приближават, въздействието от повишеното налягане може да се намали с по-малко молекули. Разглеждай го така. PV = nRT. Това го учихме много пъти, нали? И нека да запиша P = nRT/V. Ако увеличим налягането, как това ще се компенсира? Спомни си, че принципът на Льо Шателие-Браун казва, че каквото и въздействие да има, то ще бъде компенсирано. Реакцията ще протече в тази посока, която го компенсира. Ако намалим броя на молекулите това ще компенсира налягането, нали? Ще има по-малко неща, които се удрят едно в друго. Така че ако намалиш броя на молекулите, ако можеш да си го представиш... не трябваше да го напиша точно така, но защото това не е точно уравнение, но искам да го разгледаш по този начин. Ще изтрия това. Това не е най-добрият начин. Ако имам някакъв съд... не, твърде е... Ако аз... не, също не става. Ако имам контейнер и приложа налягане към него, и в единия случай имам две молекули, нека да кажем, че имам четири молекули в някакъв обем. А в другия случай те са се слели и имам само две молекули. И в двете може да протече реакция, тези четири може да се слеят и да образуват две молекули. Всъщност нека използвам горния пример. Нека азотните молекули са тези сините. Ще използвам различен цвят. Тази кафявата тук, може да се слее с три водорода. И може да се получи това. Това е друг начин на представяне на реакцията, по-илюстративен. И сега увеличавам налягането на системата, а налягането може да си го представим като прилагане на сила върху площ от всички посоки, кой от тези случаи изглежда, че ще компенсира налягането? Тук имаме по-малко молекули, които се блъскат наоколо, и някак е по-лесно, предполагам, да ги свием, отколкото когато има повече молекули, които се блъскат наоколо. Това е много дилетантско, но мисля, че ти показва логиката. Така че ако приложа налягане върху системата, ако налягането се повиши... това не означава, че налягането трябва да се понижи. Това означава, че прилагаме налягане върху системата. Когато налягането се повиши, накъде ще се измести реакцията? Ще се измести в тази посока, в която имаме по-малко молекули. От тази страна имаме две молекули, въпреки, че те очевидно са по-големи, защото не губим маса в тази посока или в другата, където имаме четири молекули, нали? 1 мол азот газ и 3 мола водород. И да се върнем към общия принцип, който видяхме по-рано с кинетичното равновесие, нека просто си представим така реакцията. И да видим, че принципът на Льо Шателие-Браун съответства на всичко, което научихме за равновесните константи. Нека да реагират два мола, имаме 2 А-та в газообразно състояние, плюс В в газообразно състояние, които са в равновесие с С в газообразно състояние. И нека в първоначалното състояние на равновесие, концентрацията на А да е 2 мол/л, концентрацията на В е 6 мол/л и концентрацията на С е 8 мол/л. Каква е равновесната константа? Равновесната константа е произведението на концентрацията на С, това е 8, делено на 2 мол/л, на квадрат, заради това, 2 на квадрат по 6. Което е 8/24, което е 1/3. Ако добавим повече А, няма значение колко точно. Може да стане много сложно с математиката, но ако добавим А, ще имаме нова концентрация. Нека концентрацията на А да е 3 мол/л. Ще попиташ: Сал, не добави ли 1 мол/л? Не. Може би добавих повече от 1 мол/л. Независимо какво добавя, това ще измести реакцията в правата посока, или в посока напред, и така ще се изконсумира част от това, и отиваме в тази посока, но каквото остава, е тук. Така че може да съм добавил повече от 1 мол/л в системата. Но каквото е над 1, е изконсумирано, и аз оставам с тази равновесна концентрация от 3. Не съм добавил задължително 1. Може да съм добавил повече от това. И нека новото равновесие за С да е 12 мола, което съответства на това, което виждаме. Получаваме... ако добавим А, тогава концентрацията на С трябва да се повиши, и е логично, че концентрацията на В ще се понижи малко, защото ще се консумира повече В, защото то се сблъсква с... или е по-вероятно да се сблъска с... повече частици или молекули на А. Да видим колко е новата концентрация на В. Спомни си, че равновесната константа си остава същата. Значи сега нашата равновесна константа ще е равна на концентрацията на С, нали? Това е реакцията. Това са 12 мол/л... опа, тук не трябва да пиша единици... делено на новата концентрация на А, която е 3. Но спомни си реакцията. А има коефициент 2. Значи 3 на квадрат по новата концентрация на В, нали? Тук няма коефициент, така че няма да имам никакви степени. Хайде да решим това. Имаме 1/3 е равно на 12 върху 9В. Ако умножим на кръст, получаваме 9 по концентрацията на В е равно на 3 по 12, което е 36. Делим двете страни на 9. Новата концентрация на В е 4, или 4 мола/л. Значи В е 4 мол/л. В това има логика. Добавихме малко А в системата. Започнахме с 2 мола/л А, 6 мола/л В и 8 мола/л С. Добавихме А. Реакцията се измести в тази посока, но може би малко и в обратната, и се стабилизира при 3 мол/л от А, 12 мол/л от С, т.е. С се повиши, определено се повиши. И забележи, че стабилната равновесна концентрация на В всъщност се понижи, което съответства на това, което казахме, че реакцията се измества в тази посока, получихме повече С, а известно количество от В се изконсумира. Надявам се, че сега ти стана доста ясно какво означава въздействие върху химичната реакция и принципа на Льо Шателие-Браун.