勒夏特列與平衡移動原理

【摘 要】勒夏特列原理，即平衡移動原理，是處理條件變化時化學(xué)平衡移動方向的重要依據(jù)。本文回顧了勒夏特列的一生并重點介紹了勒夏特列在化學(xué)平衡方面取得的成就。

【關(guān)鍵詞】夏特列原理

1.化學(xué)世家——傳承實業(yè)之路

1850年10月8日，勒夏特列出生于法國一個著名的化學(xué)世家。祖父、父親都從事與化學(xué)相關(guān)的行業(yè)。勒夏特列的祖父是著名的水泥制造商。勒夏特列的父親是一名出色的工程師，曾參與研發(fā)法國、西班牙、奧地利的鐵路修筑工作，為當(dāng)時的歐洲鐵路作出了卓越的貢獻。夏特列的母親是一位德才兼?zhèn)涞呐?，思想積極向上，很具有藝術(shù)天賦。就是這樣家庭文化背景，使勒夏特列從小便受到良好的科學(xué)技術(shù)教育。

2.科學(xué)事業(yè)——男子漢的天職

勒夏特列的父親說，男子漢的天職就是為科學(xué)技術(shù)服務(wù)。勒夏特列在1869年通過考試，進入巴黎工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)。1875年，勒夏特列獲得博士學(xué)位后畢業(yè)于巴黎工業(yè)大學(xué)。1877年被任命為礦業(yè)學(xué)院的化學(xué)教授，對化學(xué)研究充滿熱忱。

他深入研究了煉鋼技術(shù)中的“高爐反應(yīng)”，高爐無論怎樣加高爐氣中仍含有一定量的一氧化碳。勒夏特列認為，這是因為發(fā)生了可逆反應(yīng)：C + CO2←→2CO ，故高爐氣中存在著一定量的一氧化碳是難以避免的，所以這就需要深入研究化學(xué)反應(yīng)的平衡問題。

3.揭示原理——平衡移動之美

19世紀，化學(xué)工業(yè)迅猛崛起?；瘜W(xué)過程及影響化學(xué)過程的因素對工業(yè)生產(chǎn)效益產(chǎn)生了很大的影響。為此化學(xué)家們開始了對化學(xué)過程的新研究、揭示新規(guī)律。

3.1推理的科學(xué)方法

愛因斯坦說：“一切科學(xué)的偉大目標，即要從盡可能多的假設(shè)或公理出發(fā)，通過邏輯的演繹概括盡可能多的經(jīng)驗事實。”所謂推理，是從一個或一些已知的判斷推出另一個新判斷的邏輯思維形式。勒夏特列正運用了推理的方法，深入研究了前人關(guān)于化學(xué)平衡的論說，把它們組織、編排起來當(dāng)作理論依據(jù)的判斷，推理出研究對象的未知性質(zhì)或關(guān)系，進而為學(xué)說的建立指示方向，得出新判斷、新方法。勒夏特對高爐反應(yīng)進行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)了一氧化碳的存在不是反應(yīng)不完全的問題而是高爐煉鐵中存在著反應(yīng)C + CO2←→2CO，這是一個可逆反應(yīng)，而氧化鐵恰好是這一正反應(yīng)的催化劑。這個可逆反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使勒夏特列想到，按照邏輯推理，既然有可逆反應(yīng)的存在，那么當(dāng)正反應(yīng)速度等于逆反應(yīng)速度時，就必然會存在著化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)平衡問題。

3.2實驗的科學(xué)方法

達·芬奇說：“科學(xué)如果不從實驗中產(chǎn)生，并以一種清晰的實驗結(jié)果出現(xiàn)，便是毫無用處的，充滿荒謬的，因為實驗是確實性之母”。他相信實踐是檢驗真理的唯一標準，不斷把理論付諸于實踐，通過大量實驗來證明他推理的科學(xué)性。

（1）濃度的影響

勒夏特列做了這樣一個實驗：平衡H2 + I2 ←→2HI（g），

當(dāng)其中一項的濃度，通過從外部加一些或者通過取走一些而發(fā)生變化時，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象表明：平衡時，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速度是相等的，若強行將另一些HI加入系統(tǒng)中則[HI]增大，逆反應(yīng)速度增強，平衡破壞。在這樣的情況下，由于正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速度不等而引起了平衡向著速度更快些的方向移動。上述反應(yīng)時向左即向逆反應(yīng)方向移動。其結(jié)果是逆反應(yīng)生成H2和I2比正反應(yīng)耗用H2和 I2更快，故H2、I2濃度增加，隨之正反應(yīng)速度也增大；同時，HI的消耗比起他的產(chǎn)生要快，從而降低了[HI]和逆反應(yīng)的速度，如此下去直到兩個速度變得相等，達到一個新的平衡 H2+ I2 ←→2HI（g）

（2）溫度的影響

改變一個平衡系統(tǒng)的溫度將改變化學(xué)平衡，正反應(yīng)與逆反應(yīng)的速度將不再相等，但兩種速度的改變程度并不相同。實驗表明，為了提高某些物質(zhì)的溫度，就必須加熱，這可以理解為溫度的升高時“加入了熱量”，而溫度的降低則為取走了熱量，如平衡：

PCl5（g）←→PCl3（g）+ Cl2（g） △H = + 22.1KJ/mol

實驗數(shù)據(jù)顯示，若熱量被加入到一已知平衡系統(tǒng)中，平衡必須逆向移動才能消耗一些加入的熱量；若取走能量即降低溫度，反應(yīng)將趨向補償某些被取走的能量。

（3）壓強的影響

勒夏特列通過氣體的壓力、氣體分子數(shù)發(fā)現(xiàn)，氣體系統(tǒng)體積的減少使其壓力增大，平衡向引起部分抵消已有的變化方向移動。壓力的增高將通過氣體分子總數(shù)的減少予以消除，氣體分子總數(shù)的減少會降低氣體所產(chǎn)生的壓力，故得出結(jié)論：若壓縮一氣體平衡系統(tǒng)，所增加的壓力將由于系統(tǒng)朝著減少氣體分子數(shù)的方向的移動而部分消除；若氣體系統(tǒng)膨脹，則壓力的降低可由于向著產(chǎn)生更多的氣體分子的方向的移動而予以部分補償。

勒夏特列憑借著扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，運動熱力學(xué)工具，又不是簡單的套用熱力學(xué)公式，實驗演義、理論推導(dǎo)，在推理和類比的指導(dǎo)下，利用熱力學(xué)提供的概念和思想去分析前人的經(jīng)驗結(jié)論，從中概括出新的概念和思想，找出聯(lián)系之間的聯(lián)系，解決問題。

1888年，勒夏特列通過對實驗現(xiàn)象歸納總結(jié)了化學(xué)平衡移動原理 “對于物理的化學(xué)的平衡系，如增加勢力（如濃度、壓力、溫度等），則變化之能消除此勢力者更向前進行”。后人稱之為“勒夏特列原理”。

盡職盡責(zé)——不驕不躁的一生

人之相惜惜與品，人之相敬敬與德。勒沙特列曾說：“科學(xué)事業(yè)得到發(fā)展后，必要為社會公德作貢獻?！彼褪沁@樣一個實業(yè)家，恪守著自己的信念，履行著自己的職責(zé)，為社會發(fā)展，道德建設(shè)作貢獻。

勒夏特列的學(xué)生眾多，他主導(dǎo)研究，是學(xué)生的領(lǐng)袖、主心骨，卻從未見過他在學(xué)生發(fā)表的文章上留下自己的名字。這種無須聲張的厚實，更是一種明亮而不耀眼的光輝。勒夏特列教會我們既要善于學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)前人的理論和經(jīng)驗充實自己，方便我們更加容易地將自己的知識系統(tǒng)化，又要親身實踐，善于發(fā)現(xiàn)科學(xué)探索中蘊藏的價值，取人之長、補己之短，在科學(xué)之路上揚帆遠航、有所建樹、充滿正能量。