The prinsip Le Chatelier menggambarkan respon dari sebuah sistem dalam kesetimbangan untuk melawan efek yang disebabkan oleh agen eksternal. Itu dirumuskan pada tahun 1888 oleh ahli kimia Prancis Henry Louis Le Chatelier. Ini diterapkan pada setiap reaksi kimia yang mampu mencapai kesetimbangan dalam sistem tertutup.

Apa itu sistem tertutup? Ini adalah salah satu di mana ada transfer energi antara perbatasannya (misalnya, kubus), tetapi bukan materi. Namun, untuk menerapkan perubahan dalam sistem itu perlu untuk membukanya, dan kemudian menutupnya lagi untuk mempelajari bagaimana merespons gangguan (atau perubahan).

Henry Louis Le Chatelier

Setelah ditutup, sistem akan kembali ke ekuilibrium dan cara mencapainya dapat diprediksi berkat prinsip ini. Apakah keseimbangan baru sama dengan yang lama? Itu tergantung pada waktu sistem mengalami gangguan eksternal; jika itu berlangsung cukup lama, keseimbangan baru berbeda.

Terdiri dari apa?

Persamaan kimia berikut sesuai dengan reaksi yang telah mencapai kesetimbangan:

aA + bB <=> cC + dD

Dalam ekspresi ini a, b, c dan d adalah koefisien stoikiometri. Karena sistem tertutup, tidak ada reaktan (A dan B) atau produk (C dan D) yang masuk dari luar yang mengganggu kesetimbangan.

Tapi apa sebenarnya arti keseimbangan? Jika ini ditetapkan, laju reaksi maju (ke kanan) dan mundur (ke kiri) sama. Akibatnya, konsentrasi semua spesies tetap konstan sepanjang waktu.

Hal di atas dapat dipahami dengan cara ini: segera setelah sedikit A dan B bereaksi untuk menghasilkan C dan D, mereka bereaksi satu sama lain pada saat yang sama untuk meregenerasi A dan B yang dikonsumsi, dan seterusnya selama sistem tetap dalam kesetimbangan.

Namun, ketika gangguan diterapkan ke sistem - apakah dengan menambahkan A, panas, D atau dengan mengurangi volume-, prinsip Le Chatelier memprediksi bagaimana ia akan berperilaku untuk melawan efek yang ditimbulkan, meskipun tidak menjelaskan mekanismenya molekul dengan membiarkannya kembali ke kesetimbangan.

Jadi, tergantung pada perubahan yang dibuat, rasa reaksi dapat disukai. Misalnya, jika B adalah senyawa yang diinginkan, perubahan dilakukan sedemikian rupa sehingga kesetimbangan bergeser ke pembentukannya.

Faktor yang mengubah keseimbangan kimia

Untuk memahami prinsip Le Chatelier, pendekatan yang sangat baik adalah dengan mengasumsikan bahwa ekuilibrium terdiri dari skala.

Dilihat dari pendekatan ini, reagen ditimbang di pan kiri (atau keranjang) dan produk ditimbang di pan kanan. Dari sini, prediksi respon sistem (keseimbangan) menjadi mudah.

Perubahan konsentrasi

aA + bB <=> cC + dD

Panah ganda dalam persamaan tersebut mewakili batang keseimbangan dan panci yang digarisbawahi. Jadi jika kuantitas (gram, miligram, dll.) A ditambahkan ke sistem, akan ada lebih banyak bobot di pan kanan dan timbangan akan miring ke sisi itu.

Akibatnya, cawan C + D naik; dengan kata lain, ini lebih penting dibandingkan dengan hidangan A + B. Dengan kata lain: dengan penambahan A (seperti B) keseimbangan menggeser produk C dan D ke atas.

Dalam istilah kimia, keseimbangan akhirnya bergeser ke kanan: menuju produksi C dan D.

Hal sebaliknya terjadi jika jumlah C dan D ditambahkan ke sistem: panci kiri menjadi lebih berat, menyebabkan panci kanan terangkat.

Sekali lagi, hal ini menghasilkan peningkatan konsentrasi A dan B; oleh karena itu, pergeseran kesetimbangan dihasilkan ke kiri (reaktan).

Perubahan tekanan atau volume

aA (g) + bB (g) <=> cC (g) + dD (g)

Perubahan tekanan atau volume yang disebabkan oleh sistem hanya memiliki efek penting pada spesies dalam keadaan gas. Namun, untuk persamaan kimia yang lebih tinggi, tidak satu pun dari perubahan ini yang akan mengubah kesetimbangan.

Mengapa? Karena jumlah mol gas di kedua sisi persamaan adalah sama.

Keseimbangan akan berusaha untuk menyeimbangkan perubahan tekanan, tetapi karena kedua reaksi (langsung dan terbalik) menghasilkan jumlah gas yang sama, ia tetap tidak berubah. Misalnya, untuk persamaan kimia berikut, keseimbangan merespons perubahan ini:

aA (g) + bB (g) <=> eE (g)

Di sini, saat menghadapi penurunan volume (atau peningkatan tekanan) dalam sistem, keseimbangan akan menaikkan panci untuk mengurangi efek ini.

Bagaimana? Penurunan tekanan, melalui pembentukan E. Hal ini karena, ketika A dan B menggunakan lebih banyak tekanan daripada E, mereka bereaksi untuk menurunkan konsentrasi dan meningkatkan E.

Demikian pula, prinsip Le Chatelier memprediksi efek peningkatan volume. Jika ini terjadi, keseimbangan perlu melawan efeknya dengan mendorong pembentukan lebih banyak mol gas yang mengembalikan hilangnya tekanan; kali ini, menggeser timbangan ke kiri, mengangkat panci A + B.

Perubahan suhu

Panas dapat dianggap reaktif dan produk. Oleh karena itu, bergantung pada entalpi reaksi (ΔHrx), reaksinya adalah eksotermik atau endotermik. Kemudian panas ditempatkan di sisi kiri atau kanan persamaan kimia.

aA + bB + panas <=> cC + dD (reaksi endotermik)

aA + bB <=> cC + dD + panas (reaksi eksotermik)

Di sini, memanaskan atau mendinginkan sistem menghasilkan respons yang sama seperti dalam kasus perubahan konsentrasi.

Misalnya, jika reaksinya eksotermik, pendinginan sistem mendukung perpindahan kesetimbangan ke kiri; sedangkan jika dipanaskan, reaksi berlanjut dengan kecenderungan lebih besar ke kanan (A + B).

Aplikasi

Di antara aplikasinya yang tak terhitung banyaknya, mengingat banyak reaksi mencapai kesetimbangan, adalah sebagai berikut:

Dalam proses Haber

N ₂ (g) + 3H ₂ (g) <=> 2NH ₃ (g) (eksotermik)

Persamaan kimia atas sesuai dengan pembentukan amonia, salah satu senyawa utama yang diproduksi pada skala industri.

Di sini, kondisi ideal untuk memperoleh NH ₃ adalah yang suhunya tidak terlalu tinggi dan, juga, di mana ada tingkat tekanan tinggi (200 hingga 1000 atm).

Dalam berkebun

Hydrangea ungu (gambar atas) membentuk keseimbangan dengan aluminium (Al ³⁺ ) yang ada di tanah. Kehadiran logam ini, asam Lewis, menghasilkan pengasamannya.

Akan tetapi, pada tanah dasar bunga hydrangea berwarna merah, karena aluminium tidak larut dalam tanah ini dan tidak dapat digunakan oleh tanaman.

Seorang tukang kebun yang akrab dengan prinsip Le Chatelier dapat mengubah warna hydrangea-nya dengan mengasamkan tanah secara cerdik.

Dalam formasi gua