📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள்/Lessons · அலகு 12/Unit 12 · லீ-சாட்லியர் கொள்கை

லீ-சாட்லியர் கொள்கை

அறிமுகம் — சமநிலையைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

Cobalt chloride
Wikipedia → · CC

ஒரு இரசாயனச் சமநிலை (chemical equilibrium) என்பது, மூடிய விறைப்பான தொகுதியில் ஒரு மாறா வெப்பநிலையில் முன்முகத் தாக்கத்துக்கும் (forward reaction) பின்முகத் தாக்கத்துக்கும் (reverse reaction) இடையில் ஏற்படும் ஒரு சமப்படுத்திய நிலையாகும். இந்தச் சமப்படுத்திய நிலையை வெளியிலிருந்து ஏற்படுத்தப்படும் ஒரு மாற்றம் குழப்பும்போது, தொகுதி எவ்வாறு எதிர்வினை புரிகின்றது என்பதே இந்தப் பாடத்தின் மையக் கருத்தாகும்.

பரிசோதனை வாயிலாகக் கட்டுப்படுத்தக் கூடிய காரணிகளாக செறிவு (concentration), மொத்த அமுக்கம் (total pressure) அல்லது கனவளவு (volume), வெப்பநிலை (temperature) ஆகியன அமைகின்றன. மேலும், ஒரு வினையூக்கி (catalyst) சேர்க்கப்பட்டால் ஏற்படும் விளைவும் இங்கு ஆராயப்படுகின்றது. இந்த ஒவ்வொரு மாற்றமும் சமநிலைத் தானத்தை (equilibrium position) எவ்வாறு நகர்த்துகின்றது, அத்துடன் சமநிலை மாறிலி K-இன் பெறுமானத்தை மாற்றுகின்றதா இல்லையா என்பது தெளிவாக விளக்கப்படுகின்றது.

கொள்கையின் கூற்று

Nitrogen dioxide
Wikipedia → · CC

சமநிலைக் கலவையின் அமைப்பை மேலுள்ள மாறிகள் எவ்வாறு பண்பறிரீதியாகப் பாதிக்கும் என்பதை எதிர்வு கூறுவதற்கு, பிரெஞ்சு இரசாயனியாகிய ஹென்றி-லூயிஸ் லீ-சாட்லியர் (Henri-Louis Le Chatelier) என்பவரால் முன்வைக்கப்பட்ட கொள்கை பயன்படுத்தப்படுகின்றது. இந்தக் கொள்கை பின்வருமாறு கூறப்படுகின்றது:

லீ-சாட்லியர் கொள்கை (Le Chatelier's principle): சமநிலையிலுள்ள ஒரு தொகுதியின் சமநிலை நிபந்தனைகளைத் தீர்மானிக்கும் ஏதாவது ஒரு காரணியில் மாற்றம் ஏற்படுத்தப்பட்டால், அந்த மாற்றத்தின் விளைவைக் குறைக்குமாறு அல்லது ஈடுசெய்யுமாறு தொகுதி தன் சமநிலைத் தானத்தை நகர்த்தும்.

எளிமையாகக் கூறின், ஒரு சமநிலைத் தொகுதியின் மீது ஒரு அழுத்தம் (stress) பிரயோகிக்கப்பட்டால், அந்த அழுத்தத்தை எதிர்க்கும் திசையில் சமநிலை நகர்கின்றது. சமநிலைத் தானம் வலப்புறமாக நகர்கின்றது எனக் கூறும்போது, விளைவுகளை உருவாக்கும் முன்முகத் தாக்கம் சாதகமாகின்றது என்பது பொருளாகும்.

Le Chatelier — the System Opposes the Change Apply a STRESS change conc / P / T equilibrium disturbed System SHIFTS in the direction that opposes the stress NEW equilibrium the stress is partly relieved — but never fully cancelled

தொகுதியின் மீது ஒரு அழுத்தம் பிரயோகிக்கப்பட்டால், அதை எதிர்க்கும் திசையில் சமநிலை நகர்ந்து புதிய சமநிலை எய்தப்படுகின்றது.

1. செறிவு மாற்றத்தின் விளைவு

Copper sulfate
Wikipedia → · CC

சமநிலையிலுள்ள ஒரு தாக்கக் கலவையில் ஒரு தாக்கியின் அல்லது ஒரு விளைவின் செறிவில் மாற்றம் ஏற்படுத்தப்பட்டால், அந்த மாற்றத்தை இழிவாக்குமாறு சமநிலைக் கலவையின் அமைப்பு மாற்றமடைகின்றது. பின்வரும் சமநிலையைக் கருதுவோம்:

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

சமநிலையிலுள்ள இந்தக் கலவையினுள் கூடுதலான H₂(g) சேர்க்கப்பட்டால், சமநிலை குழப்பப்படுகின்றது. சேர்க்கப்பட்ட H₂ நுகரப்படும் (consumed) திசையில், அதாவது முன்முகத் திசையில் தாக்கம் நிகழ்கின்றது; ஆகவே சமநிலைத் தானம் வலப்புறமாக நகர்ந்து விளைவாகிய HI-இன் செறிவு அதிகரிக்கின்றது. மாறாக ஒரு தாக்கி அகற்றப்பட்டால் அல்லது ஒரு விளைவு சேர்க்கப்பட்டால், சமநிலை இடப்புறமாக நகர்கின்றது.

இந்த நடத்தையைத் தாக்க ஈவு (reaction quotient, Qc) என்னும் பதத்தின் மூலம் விளக்கலாம். சமநிலையில் H₂ சேர்க்கப்படும்போது தாக்க ஈவின் பகுதி (denominator) அதிகரிப்பதால் Qc-இன் பெறுமானம் சமநிலை மாறிலி K-ஐ விடக் குறைவடைகின்றது. தொகுதி மீண்டும் சமநிலையை அடைய Qc அதிகரிக்க வேண்டும்; ஆகவே முன்முகத் தாக்கம் சாதகமாகி விளைவுகளின் செறிவு அதிகரிக்கின்றது.

முக்கியக் கருத்து: செறிவு மாற்றம் சமநிலைத் தானத்தை மட்டுமே நகர்த்துகின்றது; சமநிலை மாறிலி K-இன் பெறுமானம் மாறாது. ஏனெனில் வெப்பநிலை மாறவில்லை. தாக்கி அல்லது விளைவு சேர்க்கப்பட்டாலும், புதிய சமநிலையில் தாக்கிகள் மற்றும் விளைவுகளின் செறிவுகளின் விகிதம் (ratio) மீண்டும் K-க்குச் சமமாகும்.

2. அமுக்கம் / கனவளவு மாற்றத்தின் விளைவு

கனவளவு மாற்றத்தினால் ஏற்படும் அமுக்க மாற்றம் வாயு நிலைச் சமநிலைகளை மட்டுமே கணிசமாகப் பாதிக்கின்றது. ஓர் இலட்சிய வாயுவின் அமுக்கம் கனவளவுக்கு நேர்மாறு விகித சமமாகும்; எனவே கனவளவைக் குறைத்தால் அமுக்கம் அதிகரிக்கின்றது. அமோனியா உற்பத்திக்கான ஏபர் முறையின் (Haber process) சமநிலையைக் கருதுவோம்:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

இந்தச் சமப்படுத்திய சமன்பாட்டில் தாக்கிகள் பக்கம் 4 மூல்கள் வாயுவும், விளைவுகள் பக்கம் 2 மூல்கள் வாயுவும் உள்ளன. கனவளவைக் குறைத்து மொத்த அமுக்கத்தை அதிகரித்தால், லீ-சாட்லியர் கொள்கைப்படி, அமுக்க அதிகரிப்பின் விளைவைக் குறைக்கும் திசையில், அதாவது வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை குறைவான பக்கத்தை நோக்கிச் சமநிலை நகர்கின்றது. இங்கு முன்முகத் தாக்கம் 4 மூல்களை 2 மூல்களாகக் குறைப்பதால், சமநிலை வலப்புறமாக நகர்ந்து NH₃-இன் விளைவு அதிகரிக்கின்றது.

பொதுவாக, கனவளவை அதிகரித்து அமுக்கத்தைக் குறைத்தால், சமநிலை வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை அதிகமான பக்கத்தை நோக்கி நகர்கின்றது. தாக்கிகள் பக்கமும் விளைவுகள் பக்கமும் வாயு மூல்களின் எண்ணிக்கை சமமாக இருந்தால் (Δn = 0), அமுக்க மாற்றம் சமநிலைத் தானத்தைப் பாதிக்காது.

சடத்துவ வாயு சேர்த்தலின் விளைவு

மூடிய விறைப்பான தொகுதியில் கனவளவை மாறாமல் வைத்து, ஆகன் (Argon) போன்ற தாக்கத்தில் பங்கெடுக்காத ஒரு சடத்துவ வாயு (inert gas) செலுத்தப்பட்டால், சமநிலையில் குழப்பம் ஏற்படாது. இதற்குக் காரணம், மாறா கனவளவில் சடத்துவ வாயுவை உட்புகுத்தல் தாக்கத்தில் பங்கெடுக்கும் பதார்த்தங்களின் பகுதி அமுக்கங்களையோ (partial pressures) மூலர்ச் செறிவுகளையோ மாற்றுவதில்லை. ஆகவே தாக்க ஈவு Qc மாறாமல் இருந்து சமநிலைத் தானமும் நகராது.

தேர்வுப் பொறி: மாறா கனவளவில் சடத்துவ வாயு சேர்த்தால் மொத்த அமுக்கம் உயர்ந்தாலும், ஒவ்வொரு தாக்கி / விளைவின் பகுதி அமுக்கம் மாறாது. ஆகவே சமநிலைத் தானமோ K-இன் பெறுமானமோ மாறாது. அமுக்க மாற்றம் கனவளவு மாற்றத்தினால் ஏற்படும்போது மட்டுமே சமநிலை நகர்கின்றது.

3. வெப்பநிலை மாற்றத்தின் விளைவு

செறிவு, அமுக்கம் அல்லது கனவளவு மாற்றத்தினால் சமநிலை குழப்பப்படும்போது சமநிலைத் தானம் மட்டுமே நகர்கின்றது; சமநிலை மாறிலி K-இன் பெறுமானம் மாறுவதில்லை. ஆனால் வெப்பநிலை மாற்றம் மட்டுமே K-இன் பெறுமானத்தையும் மாற்றுகின்றது. இந்த மாற்றத்தின் திசை தாக்கத்தின் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றத்தின் (ΔH) குறியீட்டில் தங்கியுள்ளது.

வெப்பத்தை ஒரு தாக்கியாகவோ விளைவாகவோ எழுதுவதன் மூலம் வெப்பநிலை விளைவை எளிதாக விளக்கலாம். ஒரு புறவெப்பத் தாக்கத்தை (exothermic reaction, ΔH எதிர்க் குறி) தாக்கிகள் ⇌ விளைவுகள் + வெப்பம் எனவும், ஒரு அகவெப்பத் தாக்கத்தை (endothermic reaction, ΔH நேர்க் குறி) தாக்கிகள் + வெப்பம் ⇌ விளைவுகள் எனவும் எழுதலாம். தொகுதியின் வெப்பநிலையை அதிகரித்தல் என்பது தொகுதிக்கு வெப்பத்தைச் சேர்த்தலைக் குறிக்கின்றது.

உதாரணமாக, H₂O₂(aq) ஆனது H₂O(l), O₂(g) ஆகப் பிரிகையடையும் தாக்கம் அகவெப்பத் தாக்கமாக இருந்தால், வெப்பநிலையை அதிகரித்தல் தாக்கத்தை முன்னோக்கி நகர்த்தும் ஒரு அழுத்தமாக அமைகின்றது; எனவே சமநிலை மாறிலி K அதிகரிக்கின்றது.

Temperature is the ONLY change that alters K Exothermic ΔH < 0 reactants ⇌ products + heat increase T → shift LEFT (toward reactants) K DECREASES yield of products falls Endothermic ΔH > 0 reactants + heat ⇌ products increase T → shift RIGHT (toward products) K INCREASES yield of products rises

அதிக வெப்பநிலை வெப்பத்தை உறிஞ்சும் திசையைச் சாதகப்படுத்துகின்றது; வெப்பநிலை மாற்றம் மட்டுமே K-இன் பெறுமானத்தை மாற்றுகின்றது.

4. வினையூக்கியின் விளைவு

சமநிலையிலுள்ள ஒரு தாக்கத்துக்கு ஒரு வினையூக்கி (catalyst) சேர்க்கப்படும்போது, அது குறைந்த ஏவற் சக்தி (activation energy) கொண்ட ஒரு புதிய தாக்கப் பாதையை வழங்குகின்றது. முன்முகத் தாக்கமும் பின்முகத் தாக்கமும் ஒரே தாண்டல் நிலையினூடாகச் (transition state) செல்வதால், வினையூக்கி இரு திசைகளின் ஏவற் சக்தியையும் திட்டமாக ஒரே அளவால் குறைக்கின்றது.

இதன் விளைவாக, வினையூக்கி முன்முக மற்றும் பின்முகத் தாக்க வீதங்களை ஒரேயளவால் அதிகரிக்கின்றது. தாக்கக் கலவை ஏற்கனவே சமநிலையில் இருந்தால், வினையூக்கி சேர்த்த பின்பும் அது சமநிலையிலேயே இருக்கும்; ஏனெனில் முன்முக, பின்முக வீதங்கள் விரைவாகினாலும் சமமாகவே இருக்கின்றன. தாக்கக் கலவை சமநிலையில் இல்லாதிருப்பின், வினையூக்கி சமநிலையை விரைவாக அடையச் செய்கின்றது.

முக்கியக் கருத்து: வினையூக்கி சமநிலைத் தானத்தை நகர்த்துவதில்லை; சமநிலை மாறிலி K-ஐயும் மாற்றுவதில்லை; விளைவின் அளவையும் (yield) அதிகரிப்பதில்லை. அது சமநிலையை விரைவாக அடையச் செய்வது மட்டுமே. "வினையூக்கி விளைவை அதிகரிக்கும்" என்பது தவறான கூற்று — இது தேர்வில் அடிக்கடி கேட்கப்படும் ஒரு பொறியாகும்.

தொகுத்த அட்டவணை — ஏபர் முறை எடுத்துக்காட்டு

பின்வரும் அட்டவணை N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) (ΔH = −92 kJ; புறவெப்பத் தாக்கம், 4 மூல் ⇌ 2 மூல்) என்னும் சமநிலையின் மீது வெவ்வேறு மாற்றங்களின் விளைவைச் சுருக்கிக் காட்டுகின்றது:

பிரயோகிக்கப்படும் மாற்றம்சமநிலையின் நகர்வுK-இன் பெறுமானம்NH₃ விளைவு
வெப்பநிலை அதிகரிப்பு (↑T)இடப்புறம் (பின்முக)குறைகின்றதுகுறைகின்றது
அமுக்க அதிகரிப்பு (↑P)வலப்புறம் (4 மூல் → 2 மூல்)மாறாதுஅதிகரிக்கின்றது
N₂ செறிவு அதிகரிப்புவலப்புறம் (முன்முக)மாறாதுஅதிகரிக்கின்றது
NH₃ தொடர்ந்து அகற்றல்வலப்புறம் (முன்முக)மாறாதுஅதிகரிக்கின்றது
இரும்பு வினையூக்கி சேர்த்தல்மாற்றம் இல்லைமாறாதுமாறாது (விரைவு மட்டும்)
மாறா கனவளவில் சடத்துவ வாயு சேர்த்தல்மாற்றம் இல்லைமாறாதுமாறாது

பண்பறி எதிர்வுகூறல் — ஒரு பயிற்சி

தூய திண்மங்களை உள்ளடக்கிய சமநிலைகளில் ஒரு கருத்தை மனத்தில் கொள்ள வேண்டும். உதாரணமாக, இரும்புத் தாதை ஊதுலையில் தாழ்த்தும் தாக்கத்தைக் கருதுவோம்:

Fe₂O₃(s) + 3CO(g) ⇌ 2Fe(s) + 3CO₂(g)

இங்கு Fe₂O₃ ஒரு தூய திண்மமாதலால் அதன் செயற்திறன் (activity) 1-க்குச் சமன்; கூடுதலான Fe₂O₃ சேர்த்தாலும் அது மாறுவதில்லை. ஆகவே திண்மத் தாக்கியைச் சேர்த்தலால் சமநிலை குழப்பப்படமாட்டாது. மாறாக, CO₂ வாயுவை அகற்றினால் தாக்க ஈவு Qc குறைகின்றது; தொகுதி மீண்டும் சமநிலையை அடைய Qc அதிகரிக்க வேண்டும். ஆகவே நிகரத் தாக்கம் மேலும் CO₂-ஐ உருவாக்கும் முன்முகத் திசையில் நகர்கின்றது.

தேர்வாளர் குறிப்பு:

  • வினாத்தாள் I: நிபந்தனை மாற்றத்தின்போது சமநிலையின் நகர்வையும் K-இன் திசையையும் கேட்கும் MCV ஒவ்வொரு வருடமும் தோன்றுகின்றது.
  • வினாத்தாள் I: வினையூக்கி விளைவை மாற்றாது என்பதையும், மாறா கனவளவில் சடத்துவ வாயு சமநிலையை நகர்த்தாது என்பதையும் சோதிக்கும் பொறிகள் அடிக்கடி வருகின்றன.
  • வினாத்தாள் I: செறிவு / அமுக்க மாற்றம் K-ஐ மாற்றாது; வெப்பநிலை மாற்றம் மட்டுமே K-ஐ மாற்றும் — இந்த வேறுபாட்டை எப்போதும் தெளிவாக எழுதுக.
  • வினாத்தாள் II: ஏபர் அல்லது தொடுகை முறையின் நிபந்தனைகளை லீ-சாட்லியர் கொள்கையுடன் இணைத்து விளக்கும் கட்டுரை வினா.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Le Chatelier's principle
லு சாட்லியே கோட்பாடு
Le Chatelier's principle
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. லீ-சாட்டிலியர் கோட்பாட்டின்படி தொகுதி எதிர்வினையாற்றுவது:

    1. மாற்றத்தை அதிகரிக்க
    2. மாற்றத்தை எதிர்க்க
    3. வீதத்தை மாற்ற
    4. K-ஐ மாற்ற
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — திணிக்கப்பட்ட மாற்றத்தை எதிர்க்கும் திசையில் நகரும்.

  2. வினைபடுபொருள் அடர்த்தி கூட்டினால் சமநிலை:

    1. வினைபடுபொருள் பக்கம்
    2. விளைபொருள் பக்கம்
    3. நகராது
    4. நிறுத்தும்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — அதிகரித்த வினைபடுபொருளை நுகர விளைபொருள் பக்கம் நகரும்.

  3. வெப்பமுமிழ் வினையில் வெப்பநிலை கூட்டினால் சமநிலை:

    1. விளைபொருள் பக்கம்
    2. வினைபடுபொருள் பக்கம்
    3. நகராது
    4. நிறுத்தும்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — வெப்பத்தை உறிஞ்ச எதிர் (endothermic) திசை = வினைபடுபொருள் பக்கம்.

  4. வாயு மோல்கள் குறையும் பக்கம் அழுத்தம் கூட்டினால் சமநிலை நகர்வது:

    1. அதிக மோல்
    2. குறைந்த மோல்
    3. சம மோல்
    4. திண்மம்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — அழுத்தத்தைக் குறைக்க குறைந்த வாயு மோல் பக்கம்.

  5. வினையூக்கி சமநிலை நிலையை:

    1. விளைபொருள் பக்கம் நகர்த்தும்
    2. மாற்றாது (சமநிலையை வேகமாக அடையச் செய்யும்)
    3. K-ஐ கூட்டும்
    4. நிறுத்தும்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — வினையூக்கி நிலையை மாற்றாது; சமநிலையை விரைவில் அடையச் செய்யும்.

  6. K மதிப்பை மாற்றும் ஒரே காரணி:

    1. அடர்த்தி
    2. அழுத்தம்
    3. வினையூக்கி
    4. வெப்பநிலை
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (4) — வெப்பநிலை மட்டுமே K-ஐ மாற்றும்.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• N₂+3H₂⇌2NH₃ (வெப்பமுமிழ்) வினைக்கு அழுத்தம், வெப்பநிலை மாற்றத்தின் விளைவை லீ-சாட்டிலியரால் தருக.

மாதிரி விடை
அழுத்தம் ↑ → குறைந்த மோல் பக்கம் (NH₃, வலம்). வெப்பநிலை ↑ → endothermic பக்கம் (இடம், NH₃ ↓).

• வினையூக்கி சமநிலை நிலையையும் K-ஐயும் ஏன் மாற்றாது?

மாதிரி விடை
வினையூக்கி முன்/பின் வினை இரண்டையும் சமமாக வேகப்படுத்துகிறது → சமநிலை விரைவில் வரும் ஆனால் நிலை/K மாறாது.

கட்டுரை வினா

• லீ-சாட்டிலியர் கோட்பாடு — அடர்த்தி, அழுத்தம், வெப்பநிலை, வினையூக்கியின் விளைவுகளை எடுத்துக்காட்டுடன் விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: திணிப்பை எதிர்க்கும்; அடர்த்தி↑→எதிர்ப்பக்கம்; அழுத்தம்↑→குறை மோல் பக்கம்; வெப்பநிலை↑→endothermic பக்கம் (K மாறும்); வினையூக்கி நிலை மாற்றாது.
அலகு 12