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平衡移動方向的重要依據。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平衡方面取得的成就。

【關鍵詞】夏特列原理

1.化學世家——傳承實業之路

1850年10月8日，勒夏特列出生于法國一個著名的化學世家。祖父、父親都從事與化學相關的行業。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，曾參與研發法國、西班牙、奧地利的鐵路修筑工作，為當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備的女性，思想積極向上，很具有藝術天賦。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技術教育。

2.科學事業——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技術服務。勒夏特列在1869年通過考試，進入巴黎工業大學學習。1875年，勒夏特列獲得博士學位后畢業于巴黎工業大學。1877年被任命為礦業學院的化學教授，對化學研究充滿熱忱。

他深入研究了煉鋼技術中的“高爐反應”，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，這是因為發生了可逆反應：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反應的平衡問題。

3.揭示原理——平衡移動之美

19世紀，化學工業迅猛崛起。化學過程及影響化學過程的因素對工業生產效益產生了很大的影響。為此化學家們開始了對化學過程的新研究、揭示新規律。

3.1推理的科學方法

愛因斯坦說：“一切科學的偉大目標，即要從盡可能多的假設或公理出發，通過邏輯的演繹概括盡可能多的經驗事實。”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，深入研究了前人關于化學平衡的論說，把它們組織、編排起來當作理論依據的判斷，推理出研究對象的未知性質或關系，進而為學說的建立指示方向，得出新判斷、新方法。勒夏特對高爐反應進行了深入的研究，發現了一氧化碳的存在不是反應不完全的問題而是高爐煉鐵中存在著反應C + CO2←→2CO，這是一個可逆反應，而氧化鐵恰好是這一正反應的催化劑。這個可逆反應的發現使勒夏特列想到，按照邏輯推理，既然有可逆反應的存在，那么當正反應速度等于逆反應速度時，就必然會存在著化學反應的動態平衡問題。

3.2實驗的科學方法

達·芬奇說：“科學如果不從實驗中產生，并以一種清晰的實驗結果出現，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生變化時，觀察實驗現象。

實驗現象表明：平衡時，正反應和逆反應的速度是相等的，若強行將另一些HI加入系統中則[HI]增大，逆反應速度增強，平衡破壞。在這樣的情況下，由于正反應和逆反應的速度不等而引起了平衡向著速度更快些的方向移動。上述反應時向左即向逆反應方向移動。其結果是逆反應生成H2和I2比正反應耗用H2和 I2更快，故H2、I2濃度增加，隨之正反應速度也增大；同時，HI的消耗比起他的產生要快，從而降低了[HI]和逆反應的速度，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

改變一個平衡系統的溫度將改變化學平衡，正反應與逆反應的速度將不再相等，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

實驗數據顯示，若熱量被加入到一已知平衡系統中，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、氣體分子數發現，氣體系統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的減少予以消除，氣體分子總數的減少會降低氣體所產生的壓力，故得出結論：若壓縮一氣體平衡系統，所增加的壓力將由于系統朝著減少氣體分子數的方向的移動而部分消除；若氣體系統膨脹，則壓力的降低可由于向著產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學基礎，運動熱力學工具，又不是簡單的套用熱力學公式，實驗演義、理論推導，在推理和類比的指導下，利用熱力學提供的概念和思想去分析前人的經驗結論，從中概括出新的概念和思想，找出聯系之間的聯系，解決問題。

1888年，勒夏特列通過對實驗現象歸納總結了化學平衡移動原理 “對于物理的化學的平衡系，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——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：“科學事業得到發展后，必要為社會公德作貢獻。”他就是這樣一個實業家，恪守著自己的信念，履行著自己的職責，為社會發展，道德建設作貢獻。

勒夏特列的學生眾多，他主導研究，是學生的領袖、主心骨，卻從未見過他在學生發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習，學習前人的理論和經驗充實自己，方便我們更加容易地將自己的知識系統化，又要親身實踐，善于發現科學探索中蘊藏的價值，取人之長、補己之短，在科學之路上揚帆遠航、有所建樹、充滿正能量。