샤틀리에의 원리

르 샤틀리에의 원리(영국: /l ə ʃæˈ ɛ제 ɪ/ 또는 미국: / ˈʃɑː ə제 ɪ/)는 조건의 변화가 화학 평형에 미치는 영향을 예측하는 데 사용되는 화학 원리입니다. 이 원리는 프랑스 화학자 헨리 루이 르 샤틀리에의 이름을 따서 지어졌으며, 때로는 독립적으로 발견한 칼 페르디난드 브라운의 이름으로도 알려져 있습니다. 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

한 가지 이상의 결정 요인(온도, 압력 또는 농도)의 변화로 인해 계의 평형이 교란될 경우, 계는 변화의 영향을 가능한 한 상쇄하여 새로운 평형으로 조정하는 경향이 있습니다.
— Le Chatelier's principle, Merriam-Webster Dictionary

열역학적 평형을 벗어난 시나리오에서는 르샤틀리에의 원리에 대한 일반적인 진술과 모순되는 현상이 발생할 수 있습니다.

르 샤틀리에의 원리는 열역학이 아닌 다른 주제의 논의에서 언급되기도 하지만, 이는 이 글의 주요 주제는 아닙니다.

열역학문

서론 다음의 열역학적 설명은 일반적인 용어로 추상적이지만, 소개를 위해 독자가 간단한 예를 기억하는 데 도움이 될 수 있습니다: 피스톤이 있는 실린더 안의 기체는 피스톤의 압력을 통해 외부적으로 압력이 조절됩니다. 기체의 몸체는 자체적인 부피를 설정함으로써 내부 열역학적 평형 상태에서 시작합니다. 그러면 외부에서 제어되는 압력이 제어되는 유한한 양( $예:$ δ $P$ , ${\displaystyle$ \Delta P,})에 의해 '섭동'되고 기체는 $\Delta V.$ δ V의 변화를 통해 다시 자체 부피를 설정합니다. ${\displaystyle$ \Delta V.} 기체가 열로 에너지를 얻거나 잃을 수 없도록 피스톤과 실린더가 절연되어 있으면, 그렇다면 르 샤틀리에-브라운의 원리는 말할 것이 없는데, 기체의 온도는 변할지 몰라도 '절제'를 매개할 수 있는 변수는 없기 때문입니다. 그러나 피스톤과 실린더 벽이 기체 본체와 외부에서 제어되는 온도와 내부 에너지의 닫힌 외부 '열 저장고' 사이에서 열을 전도하는 경우, 기체 본체 내부의 온도 변화 또는 열 전달을 통해 '중복'이 발생하거나 조사될 수 있습니다. 르 샤틀리에-브라운 원리가 이에 대해 설명합니다.

일반적인 시나리오 르샤틀리에-브라운 원리는 외부에서 제어되는 상태 변수 중 $L,$ 인 L $,$ ${\$ $displaystyle$ L,}가δL, ${\displaystyle \Delta$ L,} '주행 변화'를 일으켜 변화 $\delta _{\mathrm {i} }M,$ δ iM을 유발할 때 열역학 시스템의 정성적 거동을 분석합니다. ${\displaystyle \delta _{\mathrm {i}}M$ '최우선 관심의 응답', 즉 공액 상태 $변수$ M $,$ {\ $displaystyle$ M $,}$ 다른 모든 $M,$ 외부 제어 상태 변수는 일정하게 유지됩니다. 이 반응은 관련된 두 가지 열역학적 평형에서 명백한 방식으로 '절제'를 보여줍니다. $분명히$ L $,$ $L,$ $L,$ ${\displaystyle$ M $}$ 중 하나는 집약적이고 다른 하나는 광범위해야 $M$ 합니다. 또한 시나리오의 필요한 부분으로 지정된 보조 '조절' 상태 $변수$ X ${\displaystyle$ X $}$ 가 있으며 $X$ 그 결합 상태 변수 $Y$ {\ $displaystyle$ Y}가 있습니다 $.$ '조절' $X$ X ${\displaystyle$ X $}$ 은(는) $\Delta X\neq 0$ δ X ≠ 0 ${\displaystyle$ \Delta X\n을 변경해야 합니다. $eq 0}$ 또는 $\delta X\neq 0$ $δ$ X $≠$ $0 {\displaystyle$ \delta X\n실험 프로토콜의 일부에서 $eq 0};$ 이는 $\Delta Y$ $δ$ Y ${\displaystyle$ DeltaY}, $Y$ Y ${\displaystyle$ Y $}$ 를 일정하게 유지하면서 δ Y = 0. ${\$ displaystyle \ delta Y = 0.} 원칙이 $완전$ 한 일반성으로 유지되려면 M ${\displaystyle$ M}과 같이 X ${\displaystyle$ X}이 $(가$ ) 그에 따라 광범위하거나 집중적이어야 합니다. 분명히 이러한 시나리오에 물리적 의미를 부여하기 위해서는 '운전' 변수와 '조절' 변수가 독립적인 실험 통제와 측정의 대상이 되어야 합니다.

명시문

그 원칙은 두 가지로 말할 수 있습니다, 형식적으로는 다르지만 실질적으로 동등하며, 어떤 의미에서는 상호 '상호'적입니다. 이 두 가지 방법은 맥스웰 관계와 열역학 제2법칙에 따른 열역학적 평형의 안정성을 보여주며, 이는 부과된 변화에 대한 계의 상태 변수 간의 에너지 확산으로 명백합니다.

두 가지 문 방식은 '지수' 실험 프로토콜 $($ 로 표시 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }),$ {\ $displaystyle {\mathcal {P}}_{\mathrm {i}})$ 을 공유하며, 이는 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }),$ '변경된 드라이버, 허용된 절제'로 설명될 수 있습니다. 드라이버 변경 $\Delta L,$ δ L, ${\displaystyle \Delta$ L,}과 함께δ $\delta _{\mathrm {i} }Y=0,$ i $Y$ = 0, ${\displaystyle$ \delta _ ${\mathrm$ {i} Y = 0,}을 $Y,$ $상수$ $\delta _{\mathrm {i} }Y=0,$ , ${\displaystyle$ Y,}을 부과하고 제어되지 않는 'moder화 $'$ $\delta _{\mathrm {i} }X,$ $응답$ δ i X, {\displaystyle \delta _{\mathrm {i} }X, $}$ $\delta _{\mathrm {i} }M.$ $δ$ 의 '인덱스' 응답과 함께 M. ${\displaystyle \delta$ _ ${\mathrm$ {i}} M.}

두 가지 진술 방법은 각각의 비교 프로토콜에서 다릅니다. 한 가지 방법은 '변경된 드라이버, 조정 없음' 프로토콜( ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n} }).$ 으로 표시 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n} }).$ 을 가정합니다 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n} }).$ ${\displaystyle {\mathcal {P}}_{\mathrm {n}).$ $}$ 다른 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n} }).$ 방법은 '고정 드라이버, 부과된 절제' 프로토콜을 가정합니다( ${\mathcal {P}}_{\mathrm {f} }.$ ${\displaystyle {\mathcal {P}}_{\mathrm {f$

'운전' 변수 강제 변경, '조절' 변수 반응 허용, '운전' 변수 강제 변경, '조절' 변수 강제 변경, '조절' 변수 강제 변경, '조절' 변수 강제 변경

${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }$ 하면 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }$ ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i}$ 을(를) ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n} },$ ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n}$ 과(를) 비교하여 $\Delta L$ 된 변경 $\Delta L$ δ $L {\displaystyle$ \Delta L}을(를) 조정한 경우와 조정하지 않은 경우의 효과를 비교합니다. 프로토콜 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {n} }$ {\ $displaystyle$ {\ $mathcal {P}}_{\mathrm {n}}}$ 은 $조정$ δ $\Delta X=0$ , ${\displaystyle$ $\Delta X=0$ \Delta Y,}을 통해 δ $\Delta X=0$ = 0 ${\displaystyle$ \Delta $X$ = 0}을(를) 적용하여 'moderation'을 방지하며, 이는 ' $\Delta M.$ 응답 δ M을 관찰합니다. ${\displaystyle \Delta$ M $.}$ 관측된 응답이 실 $제$ 로 $\delta _{\mathrm {i} }X\neq 0,$ i $\Delta M.$ X $\delta _{\mathrm {i} }X\neq 0,$ ≠인 $경우$ {\ $displaystyle \delta _$ {\mathrm {i} X\n $eq 0,}$ 그러면 원리는 $|\delta _{\mathrm {i} }M|<|\Delta M|$ $δ$ i M $|\delta _{\mathrm {i} }M|<|\Delta M|$ < $δ$ M {\displaystyle $\delta _{\mathrm$ { $i$ M < \delta M}이라고 합니다.

즉, '조절' 상태 변수 $X$ $X$ 의 변화는 L ${\displaystyle$ L $}$ 의 구동 변화가 대응하는 켤레 변수 ${\displaystyle$ M $}$ 에 $L$ 미치는 영향을 조절합니다 $X$ .

'운전' 변수 강제 변경, '조절' 변수 반응 허용, '운전' 변수 강제 변경, '조절' 변수 강제 변경, '조절' 변수 강제 변경

이 방법은 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }$ 두 가지 실험 프로토콜인 $Pi$ {\ $displaystyle {\mathcal$ ${\mathcal {P}}_{\mathrm {f} }$ {P}} $_{\$ mathrm { $i}}$ 과 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }$ $Pf$ {\displaystyle ${\mathcal {P}_{\$ mathrm { $f}}$ 을 사용합니다 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {f} }$ 인덱스 효과 $\delta _{\mathrm {i} }M$ δ iM ${\displaystyle \delta$ _ ${\mathrm$ {i}M}을(를) 'moderation' $\delta _{\mathrm {f} }M$ 의 효과 $\delta _{\mathrm {f} }M$ δ fM ${\displaystyle \delta$ _{\mathrm {f}M}과(와) 비교합니다. 먼저 'index' 프로토콜 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i} }$ ${\mathcal {P}}_{\mathrm {i}$ 이 실행되고, 주요 관심사인 $\delta _{\mathrm {i} }M,$ δ i M, ${\displaystyle \delta$ _ ${\mathrm$ {i} M,}이 관찰되며, 'moderating' 변수의 $\Delta X$ δ X ${\displaystyle$ \delta X}도 측정됩니다. 이 지식을 바탕으로 '고정 드라이버, moderation imposed' 프로토콜 ${\mathcal {P}}_{\mathrm {f} }$ ${\mathcal {P}}_{\mathrm {f}$ 는 구동 $변수$ L ${\displaystyle$ L}이 고정된 상태에서 δ L = 0, ${\displaystyle$ \ $Delta L$ = 0,}을 수행합니다. 프로토콜은 또한 $\Delta _{\mathrm {f} }Y,$ δ F Y를 통해, ${\displaystyle \Delta$ _ ${\mathrm {f} Y,}$ 은(는) 'moderating' 변수에 $변$ 경 $\Delta X$ $δ$ X ${\$ displaystyle \Delta X}(이전 측정에서 학습됨)을 부과하고 $변$ $\delta _{\mathrm {f} }M.$ δ f $M$ 을 측정합니다. ${\displaystyle \delta _{\$ mathrm {f} M.} 'moderated' $\Delta X\neq 0,$ 이 $\Delta X\neq 0,$ $제$ $\Delta X\neq 0,$ δ $\Delta _{\mathrm {f} }Y,$ X ≠ 0인 경우, ${\displaystyle \Delta X\n$ $eq 0,}$ 그러면 원리는 $\delta _{\mathrm {i} }M$ $δ$ i M ${\displaystyle \delta$ _ ${\mathrm$ { $\delta _{\mathrm {f} }M$ } M}과 $\delta _{\mathrm {f} }M$ $δ$ f M ${\displaystyle \delta$ _{\mathrm {f} M}의 부호가 반대라는 것입니다.

다시 말해서, '조절' 상태 변수 $X$ $X$ 의 변경은 $L$ $L$ 의 구동 변경이 대응하는 켤레 $변수$ M ${\displaystyle$ M $.}$ 에 $L$ 미치는 영향을 반대합니다 $X$ .

기타명세서

조정 기간은 초기 충격에 대한 음의 피드백 강도에 따라 달라집니다. 이 원리는 일반적으로 닫힌 음의 피드백 시스템을 설명하는 데 사용되지만 일반적으로 열역학 제2법칙에 의해 순간적인 충격으로 인한 불균형이 결국 새로운 평형으로 이어지는 것을 보장하기 때문에 자연의 닫힌 및 고립된 시스템에 적용됩니다.^[7]

화학 평형에 잘 뿌리를 두고 있지만, 르 샤틀리에의 원리는 스트레스를 받는 시스템이 그 스트레스를 줄이거나 최소화하는 방식으로 반응한다는 점에서 기계 시스템을 설명하는 데에도 사용될 수 있습니다. 게다가, 일반적으로 그 스트레스를 가장 쉽게 완화하는 메커니즘을 통해 반응을 보일 것입니다. 전단 핀 및 기타 희생 장치는 전체 시스템에 대한 보다 광범위한 손상을 방지하기 위해 원치 않는 방식으로 가해지는 스트레스로부터 시스템을 보호하는 설계 요소이며, 이는 르 샤틀리에의 원리를 실제 공학적으로 적용한 것입니다.

화학

농도변화의 영향

화학물질의 농도를 바꾸면 평형이 농도의 변화에 대응하는 쪽으로 이동합니다. 화학 시스템은 원래의 평형 상태에 영향을 받는 변화를 부분적으로 반대하려고 시도할 것입니다. 결과적으로 시스템에 미치는 영향에 따라 제품의 반응 속도, 범위 및 수율이 변경됩니다.

이것은 일산화탄소와 수소 가스가 반응하여 메탄올을 형성하는 평형에 의해 설명될 수 있습니다.

C O + 2 H₂ ⇌ CH₃OH

우리가 시스템에서 CO 농도를 증가시킨다고 가정해 보겠습니다. 르샤틀리에의 원리를 이용하면 메탄올의 농도가 증가하여 CO의 총 변화량이 감소할 것으로 예측할 수 있습니다. 우리가 전체 반응에 종을 추가한다면, 그 반응은 종의 추가를 반대하는 쪽에 유리할 것입니다. 마찬가지로, 종의 감점은 반응을 "공백을 메우고" 종이 줄어든 쪽을 선호하게 만듭니다. 이러한 관찰은 충돌 이론에 의해 뒷받침됩니다. CO의 농도가 증가함에 따라 반응물의 성공적인 충돌 빈도 또한 증가하여 순방향 반응과 생성물의 생성을 증가시킬 수 있습니다. 원하는 제품을 열역학적으로 선호하지 않더라도 용액에서 지속적으로 제거하면 최종 제품을 얻을 수 있습니다.

농도 변화의 효과는 종종 평형 과정인 축합 반응(즉, 물을 압출하는 반응)에 합성적으로 이용됩니다(예를 들어, 카르복실산과 알코올로부터 에스테르의 형성 또는 아민과 알데히드로부터 이민의 형성). 이는 물을 물리적으로 격리하거나 무수 황산마그네슘 또는 분자체와 같은 건조제를 첨가하거나 증류에 의해 물을 지속적으로 제거함으로써 달성할 수 있으며, 종종 딘-스탁 장치에 의해 촉진됩니다.

온도변화의 영향

가역반응 NO(g) ⇌ 2NO(g)는 흡열이므로 온도를 변화시켜 평형 위치를 이동시킬 수 있습니다.
열을 가해서 온도가 높아지면 반응이 오른쪽으로 이동하고 NO의₂ 증가로 플라스크가 적갈색으로 변합니다. 이것은 평형이 에너지를 소비하는 방향으로 이동한다는 르 샤틀리에의 원리를 보여줍니다.
열을 제거하고 온도를 낮추면 반응이 왼쪽으로 이동하고 다시 NO₂₄:의 증가로 플라스크가 무색으로 변한다는 것이 르샤틀리에의 원리입니다.

평형에서 온도 변화의 효과는 1) 열을 반응물 또는 생성물로 통합하고, 2) 온도가 증가하면 시스템의 열 함량이 증가한다고 가정함으로써 명확해질 수 있습니다. 반응이 발열인 경우(δH가 음이고 에너지가 방출되는 경우), 열이 생성물로 포함되고, 반응이 흡열인 경우(δH가 양이고 에너지가 소모되는 경우), 열이 반응물로 포함되는 것을 특징으로 하는 방법. 따라서 온도를 높이거나 낮추는 것이 정반응에 유리한지 역반응인지는 농도 변화와 같은 원리를 적용하여 판단할 수 있습니다.

예를 들어 질소 가스와 수소 가스가 가역적으로 반응하여 암모니아가 생성됩니다.

N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g) ΔH = −92 kJ mol⁻¹

이 반응은 발열 반응이기 때문에 열을 발생시킵니다.

N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g) + heat

온도를 높이면 시스템의 열 함량이 증가하므로 시스템이 평형을 왼쪽으로 이동하여 일부 열을 소비하여 암모니아를 적게 생성합니다. 더 낮은 온도에서 반응을 진행하면 더 많은 암모니아가 생성되지만 더 낮은 온도는 공정 속도도 저하시키기 때문에 실제로(하버 공정) 온도는 크게 불리하지 않은 평형 농도로 합리적인 속도로 암모니아를 만들 수 있는 절충값으로 설정됩니다.

발열 반응에서는 온도가 증가하면 평형 상수인 K가 감소하는 반면, 흡열 반응에서는 온도가 증가하면 K가 증가합니다.

농도나 압력의 변화에 적용되는 르샤틀리에의 원리는 K에 일정한 값을 주면 이해할 수 있습니다. 그러나 온도가 평형에 미치는 영향은 평형 상수의 변화를 수반합니다. 온도에 대한 K의 의존성은 δH의 부호에 의해 결정됩니다. 이 의존성의 이론적 기초는 반 호프 방정식에 의해 주어집니다.

압력변화의 영향

생성물과 반응물의 평형 농도는 시스템의 총 압력에 직접적으로 의존하지 않습니다. 생성물과 반응물의 분압에 따라 달라질 수 있지만, 기체 반응물의 몰수가 기체 생성물의 몰수와 같다면 압력은 평형에 영향을 미치지 않습니다.

일정한 부피로 불활성 가스를 첨가하여 총 압력을 변화시키더라도 평형 농도에는 영향을 미치지 않습니다(아래 불활성 가스 첨가 효과 참조).

시스템의 부피를 변경하여 총 압력을 변경하면 생성물과 반응물의 분압이 변경되며 평형 농도에 영향을 미칠 수 있습니다(아래 § 부피 변화의 영향 참조).

부피변화의 영향

시스템의 부피를 변경하면 생성물과 반응물의 분압이 변경되며 평형 농도에 영향을 미칠 수 있습니다. 부피 감소로 인한 압력 증가로 인해 두더지가 적은 평형 쪽이 더 유리하고 부피 증가로 인한 압력 감소로 인해 두더지가 많은 쪽이^[8] 더 유리합니다. 화학 방정식의 각 면에서 기체의 몰수가 같은 반응에는 영향이 없습니다.

질소 가스와 수소 가스가 반응하여 암모니아를 생성하는 것을 고려하면 다음과 같습니다.

⇌ ΔH = −92kJ mol⁻¹

좌변의 기체 몰수와 우변의 기체 몰수를 기록합니다. 계의 부피가 변하면 기체의 분압이 변합니다. 만약 우리가 부피를 증가시켜 압력을 감소시킨다면, 반응물 쪽이 생성물 쪽보다 더 많은 몰수를 가지고 있기 때문에 위 반응의 평형은 왼쪽으로 이동할 것입니다. 이 시스템은 더 큰 압력을 가하는 쪽으로 이동함으로써 기체 분자의 분압 감소를 상쇄하려고 합니다. 마찬가지로 부피를 줄여 압력을 증가시키면 평형이 오른쪽으로 이동하여 압력을 덜 가하는 기체의 몰 수가 적은 쪽으로 이동하여 압력 증가를 상쇄할 수 있습니다. 반응물 쪽에 기체의 몰이 많아 부피가 커지면 이 변화는 평형 상수 표현식의 분모에서 더 크게 나타나 평형의 이동을 유발합니다.

불활성 가스 첨가 효과

헬륨과 같은 비활성 기체(또는 비활성 기체)는 다른 원소나 화합물과 반응하지 않는 기체입니다. 일정한 부피로 기체상 평형에 불활성 기체를 추가해도 이동이 일어나지 않습니다.^[8] 비활성 기체가 화학 반응식의 양쪽에 나타나기 때문에 반응하지 않는 기체를 첨가해도 평형식은 변하지 않기 때문입니다. 예를 들어, A와 B가 반응하여 C와 D를 형성하지만 X는 반응에 참여하지 않는 경우: ${\ce {{\mathit {a}}A{}+{\mathit {b}}B{}+{\mathit {x}}X<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D{}+{\mathit {x}}X}}$ + B ${\ce {{\mathit {a}}A{}+{\mathit {b}}B{}+{\mathit {x}}X<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D{}+{\mathit {x}}X}}$ + ${\ce {{\mathit {a}}A{}+{\mathit {b}}B{}+{\mathit {x}}X<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D{}+{\mathit {x}}X}}$ ↽ - ${\ce {{\mathit {a}}A{}+{\mathit {b}}B{}+{\mathit {x}}X<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D{}+{\mathit {x}}X}}$ - ⇀ ${\ce {{\mathit {a}}A{}+{\mathit {b}}B{}+{\mathit {x}}X<=>{\mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D{}+{\mathit {x}}X}}$ C + d + X {\ $displaystyle {\$ mathit {a} $A{}+{\mathit {b}}B{}+{\mathit {x}}X$ < $=$ >{\ $mathit {c}}C{}+{\mathit {d}}D{}+{\mathit {x}X$ 계의 총압력이 증가하는 것은 사실이지만, 총압력은 평형상수에 아무런 영향을 미치지 않으며 오히려 분압의 변화로 평형의 이동이 일어날 것입니다. 그러나 그 과정에서 부피가 증가하도록 허용하면 모든 기체의 분압이 감소하여 기체의 몰 수가 더 많은 쪽으로 이동하게 됩니다. 가스 몰이 적은 쪽에서는 절대 이동이 일어나지 않습니다. 이것은 르 샤틀리에의 공식으로도 알려져 있습니다.

촉매의 효과

촉매는 반응에 소모되지 않고 반응 속도를 증가시킵니다. 촉매의 사용은 반응 평형의 위치와 조성에 영향을 주지 않습니다. 왜냐하면 순방향 반응과 역방향 반응 모두 동일한 요인에 의해 속도가 빨라지기 때문입니다.

예를 들어 암모니아(NH₃)의 합성을 위한 Haber 공정을 생각해 볼 수 있습니다.

N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃

상기 반응에서 철(Fe)과 몰리브덴(Mo)이 존재할 경우 촉매 역할을 하게 됩니다. 반응은 가속화되지만 평형 상태에는 영향을 미치지 않습니다.

르샤틀리에의 원리에 대한 일반적인 진술

열역학적 평형과정

르 샤틀리에의 원리는 열역학적 평형 상태를 말합니다. 후자는 특정 기준을 만족하는 섭동에 대해 안정적입니다. 이것은 열역학적 평형의 정의에 필수적입니다.

오어

시스템의 온도, 압력, 부피 또는 농도의 변화는 새로운 평형 상태를 달성하기 위해 시스템의 예측 가능한 변화와 반대되는 변화를 초래할 것이라고 말합니다.

이를 위해 열역학적 평형 상태는 섭동이 적용될 열역학적 연산에 적합하도록 선택된 상태 변수의 함수로서 상태, 에너지 종류 또는 엔트로피 종류의 기본 함수를 지정하는 기본 관계를 통해 가장 편리하게 설명됩니다.^[9]^[10]^[11]

이론적으로 그리고 거의 일부 실제 시나리오에서, 물질은 0의 거시적 흐름과 화학 반응 속도를 가진 정지 상태에 있을 수 있지만(예를 들어, 적절한 촉매가 없는 경우), 준안정성 또는 불안정하기 때문에 열역학적 평형 상태에 있지 않을 수 있습니다. 그렇다면 르 샤틀리에의 원리는 반드시 적용되지 않습니다.

비균형과정

단순한 물체나 복잡한 열역학적 계는 또한 흐름과 화학 반응의 속도가 0이 아닌 정지 상태에 있을 수 있습니다. 때로는 이러한 상태에 대해 "평형"이라는 단어가 사용되기도 하지만, 정의상으로는 열역학적 평형 상태가 아닙니다. 때때로 그러한 상태에 대해 르 샤틀리에의 원칙을 고려할 것이 제안됩니다. 이 연습을 위해서는 흐름 속도와 화학 반응 속도를 고려해야 합니다. 그러한 비율은 평형 열역학에 의해 공급되지 않습니다. 그런 상태에서는 르 샤틀리에의 원리를 반영하는 간단한 진술은 없습니다. Prigogine과 Defay는 이러한 시나리오가 중간 정도를 나타내거나 측정된 양의 반중간 정도를 나타낼 수 있음을 보여주지만, 완료되는 런웨이 반중간 정도는 아닙니다. Prigogine and Defay가 분석한 예는 Haber 공정입니다.^[12]

이 상황은 공정의 두 가지 기본 분석 방법을 고려함으로써 명확해집니다. 하나는 깁스의 고전적 접근법이고, 다른 하나는 드 돈더의 근거리 또는 국소 평형 접근법을 사용합니다.^[13] 깁스 접근법은 열역학적 평형이 필요합니다. 깁스 접근법은 적절한 범위인 열역학적 평형 내에서 신뢰할 수 있지만, 물론 비평형 시나리오는 다루지 않습니다. De Donder 접근법은 평형 시나리오를 다룰 수 있지만, 적절한 열역학 평형이 아닌 국소 열역학 평형만 존재하는 비평형 시나리오도 다룹니다. De Donder 접근법은 반응 정도라고 불리는 상태 변수가 독립 변수가 될 수 있도록 하지만 Gibbs 접근법에서는 그러한 변수가 독립적이지 않습니다. 열역학적 비평형 시나리오는 르 샤틀리에의 원리에 대한 일반적인 진술과 모순될 수 있습니다.

경제학

경제학에서는 르 샤틀리에의 이름을 딴 비슷한 개념이 1947년 미국 경제학자 폴 새뮤얼슨에 의해 소개되었습니다. 일반화된 르 샤틀리에 원칙은 경제적 균형의 최대 조건을 위한 것입니다. 함수의 모든 미지수가 독립적으로 가변적인 경우, 초기 평형을 변경하지 않고 그대로 두는 보조 제약 조건("just-binding")은 모수 변화에 대한 반응을 줄입니다. 따라서 요인-수요 및 상품-공급 탄력성은 단기적으로 고정 비용 제약으로 인해 장기적으로보다 단기적으로 낮게 가정됩니다.^[16]

최대 위치 근처의 목적 함수 값의 변화는 포락선 정리에 의해 설명되므로 르 샤틀리에의 원리는 그 상관 관계임을 알 수 있습니다.^[17]

참고 항목

참고문헌

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^ Helmenstine, Anne Marie (2020). "Le Chatelier's Principle Definition". ThoughtCo. Archived from the original on 2021-04-20. Retrieved 2022-03-09.
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인용 출처의 서지학

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외부 링크

르샤틀리에의 원리와 압력을 담은 유튜브 영상

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