লা-শাতেলিয়ারের নীতি (Le Chatelier’s Principle)
রাসায়নিক সাম্যাবস্থার ওপর বাহ্যিক নিয়ামকের প্রভাব ও বিশ্লেষণ
কোনো বিক্রিয়া সাম্যাবস্থায় পৌঁছানোর পর যদি কোনো বাহ্যিক অবস্থার (তাপমাত্রা, চাপ, নিষ্ক্রিয় পদার্থ সংযোগ ও ঘনমাত্রা) পরিবর্তন করা না হয়, তবে সাম্যাবস্থা চিরকাল অপরিবর্তিত থাকবে। তাপমাত্রা, চাপ, নিষ্ক্রিয় পদার্থ সংযোগ ও ঘনমাত্রা প্রভৃতি নিয়ন্ত্রণ সাম্যাবস্থা নিয়ন্ত্রণ করে। এসব নিয়ামকের যেকোনো একটির পরিবর্তন হলে সাম্যাবস্থার পরিবর্তন ঘটবে অর্থাৎ বিক্রিয়ক ও উৎপাদের ঘনমাত্রার পরিবর্তন হয়।
রাসায়নিক বিক্রিয়ার ওপর এসব নিয়ামক পরিবর্তনের ফলাফল ব্যাখ্যা দেওয়ার জন্য ফরাসি বিজ্ঞানী লা-শাতেলিয়ার একটি নীতি উপস্থাপন করেন, যা লা-শাতেলিয়ার নীতি নামে পরিচিত। বিজ্ঞানী লা-শাতেলিয়ার নীতির সাহায্যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থার ওপর তাপমাত্রা, চাপ, নিষ্ক্রিয় পদার্থ সংযোগ ও ঘনমাত্রার প্রভাব ব্যাখ্যা করে সাম্যের অবস্থান, বিক্রিয়ক ও উৎপাদের পরিবর্তন সম্পর্কে সঠিক ধারণা পাওয়া যায়, যা কাজে লাগিয়ে বিভিন্ন শিল্পে রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বল্প সময়ে এবং দ্রুতবেগে সম্পন্ন করা হয়।
লা-শাতেলিয়ার নীতি কী?
যে সকল শর্ত সাপেক্ষে কোনো বিক্রিয়া সাম্যাবস্থায় উপনীত হয়, সেগুলোর যেকোনো একটি পরিবর্তন করলে সাম্যের অবস্থা এমনভাবে বদলাবে, যাতে ঐ নিয়ামক পরিবর্তনের ফলাফল প্রশমিত হয়।
বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থার ওপর তাপমাত্রা, চাপ ও ঘনমাত্রার প্রভাব
Effect of Temperature, Pressure & Concentration on Equilibrium Constant of Reaction
১. তাপমাত্রার প্রভাব:
সাম্যের অবস্থার ওপর তাপমাত্রার প্রভাব দ্বিমুখী। যথা:
- ক. সাম্যের অবস্থানের ওপর প্রভাব।
- খ. সাম্যাংকের ওপর প্রভাব।
ক) সাম্যের অবস্থানের ওপর তাপমাত্রার প্রভাব:
এ প্রভাব বিবেচনার জন্য আমরা দু’ধরনের বিক্রিয়া পর্যালোচনা করতে পারি—
এ বিক্রিয়াটি একটি তাপহারী বিক্রিয়া। অর্থাৎ এ বিক্রিয়ায় তাপ শোষিত হয়। সুতরাং তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে লা-শাতেলিয়ার নীতি অনুসারে তাপহারী সম্মুখ বিক্রিয়াটি ঘটবে যার ফলে প্রয়োগকৃত তাপ শোষিত হয় এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলাফল প্রশমিত হয়। সুতরাং তাপমাত্রা বাড়ালে (N2 ও O2) এর বিক্রিয়ায় NO এর উৎপাদনমাত্রা বৃদ্ধি পায় এবং সাম্যের অবস্থান বাম থেকে ডানে সরে যায়। এভাবে সকল উভমুখী তাপহারী বিক্রিয়ায় তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে সাম্যের অবস্থান ডানদিকে এবং তাপমাত্রা হ্রাস করলে তা বামদিকে স্থানান্তরিত হয়।
| তোমার প্রভাব | বিক্রিয়ার প্রভাব | বিক্রিয়ার দিক | উৎপাদের পরিমাণ |
|---|---|---|---|
| তাপমাত্রা বৃদ্ধি | তাপমাত্রা হ্রাস | সম্মুখ দিকে | বৃদ্ধি |
| তাপমাত্রা হ্রাস | তাপমাত্রা বৃদ্ধি | পশ্চাৎ দিকে | হ্রাস |
এ বিক্রিয়াটি একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া। অর্থাৎ এতে তাপ নির্গত হয়। সুতরাং তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে লা-শাতেলিয়ার নীতি অনুসারে তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলাফল প্রশমিত করার জন্য সাম্যের অবস্থান ডান থেকে বাম দিকে স্থানান্তরিত হবে, ফলে NH3 এর উৎপাদন কমবে এবং বিক্রিয়কের (N2 ও H2) পরিমাণ বাড়বে। অর্থাৎ তাপমাত্রা বাড়ালে বিক্রিয়া পশ্চাৎ দিকে অগ্রসর হবে, ফলে তাপ শোষিত হয় এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলাফল প্রশমিত হয়ে যায়।
অপরপক্ষে তাপমাত্রা হ্রাস করলে সাম্যের অবস্থান ডানদিকে সরে যায় এবং NH3 এর উৎপাদন বৃদ্ধি পায়। NH3 উৎপাদনের মতো সকল তাপোৎপাদী বিক্রিয়ায় একই পরিবর্তন ঘটে।
| তোমার প্রভাব | বিক্রিয়ার প্রভাব | বিক্রিয়ার দিক | উৎপাদের পরিমাণ |
|---|---|---|---|
| তাপমাত্রা বৃদ্ধি | তাপমাত্রা হ্রাস | পশ্চাৎ দিকে | হ্রাস |
| তাপমাত্রা হ্রাস | তাপমাত্রা বৃদ্ধি | সম্মুখ দিকে | বৃদ্ধি |
নিম্ন তাপমাত্রায় সাম্যমিশ্রণের মধ্যে NH3 এর পরিমাণ যথেষ্ট থাকে এবং সাম্যাঙ্ক Kc এর মান বাড়ে। তাপমাত্রার সাথে NH3 বিয়োজিত হয়ে N2 ও H2 এ পরিণত হয়। সাম্যাবস্থা বাম দিকে সরে যায় এবং সাম্যাঙ্ক Kc এর মান কমে যায়। অর্থাৎ তাপোৎপাদী বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে তাপমাত্রা বাড়ালে সাম্যধ্রুবকের মান হ্রাস পায়। নিম্নে NH3 উৎপাদনে তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে সাম্যধ্রুবক Kc এর মানের হ্রাস দেখানো হলো।
২. সাম্যাবস্থার ওপর চাপের প্রভাব (Effect of Pressure on Equilibrium):
তরল এবং কঠিন পদার্থের ওপর চাপের কোনো প্রভাব নেই। কিন্তু যেসব বিক্রিয়া গ্যাসীয় মাধ্যমে হয় তাদের ক্ষেত্রে চাপের প্রভাব রয়েছে। কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় সাম্যাবস্থায় চাপ (Pressure) প্রয়োগ করা হলে লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে বিক্রিয়াটির সাম্যাবস্থা এমনভাবে বদলাবে যেন প্রয়োগকৃত চাপ প্রশমিত হয়।
আমরা জানি, কোনো গ্যাসীয় পদার্থের ওপর চাপ প্রয়োগ করা হলে গ্যাসটি সংকুচিত হয়ে বা আয়তন কমে গিয়ে প্রয়োগকৃত চাপ প্রশমিত করার চেষ্টা করে। অতএব কোনো সাম্য বিক্রিয়ায় চাপ প্রয়োগ করা হলে সাম্যের অবস্থান যে দিকে সরে গেলে বিক্রিয়ার মোট আয়তন কমে যায়, সে দিকে সরে যাবে। কিন্তু যদি কোনো বিক্রিয়ায় বিক্রিয়ক এবং উৎপাদের মোল সংখ্যা সমান থাকে, তবে বিক্রিয়ক এবং উৎপাদের আয়তন সমান থাকে। এ কারণে এ জাতীয় গ্যাসীয় বিক্রিয়ার ওপর চাপের কোনো প্রভাব থাকবে না। যেমন:
HI এর বিয়োজনে I2 এবং H2 উৎপাদনে বিক্রিয়ক (HI) ও উৎপাদের (I2 এবং H2) মোল সংখ্যা সমান থাকে, তাই চাপের কোনো প্রভাব নেই।
যদি কোনো গ্যাসীয় বিক্রিয়ায় বিক্রিয়ক অপেক্ষা উৎপাদের মোল সংখ্যা কম হয়, তবে সেসব বিক্রিয়ায় চাপ বাড়ালে উৎপাদ বৃদ্ধি পাবে। যেমন: ১ মোল N2 ও ৩ মোল H2 গ্যাস অর্থাৎ মোট ৪ মোল বিক্রিয়ক থেকে ২ মোল NH3 গ্যাস উৎপাদিত হয়েছে।
অর্থাৎ বিক্রিয়কের আয়তনের চেয়ে উৎপাদের আয়তন কম। অতএব লা-শাতেলিয়ার নীতি অনুসারে বিক্রিয়াটির ওপর চাপ প্রয়োগ করা হলে প্রয়োগকৃত চাপ প্রশমিত করার জন্য সাম্যের অবস্থান ডান দিকে সরে যাবে। কারণ সাম্যাবস্থা ডানদিকে সরে গিয়েই আয়তন হ্রাস পেয়ে প্রয়োগকৃত চাপকে প্রশমিত করে। এক্ষেত্রে সাম্যাবস্থায় উৎপাদ NH3 উৎপাদন বাড়বে এবং বিক্রিয়কের পরিমাণ কমবে। আবার বিক্রিয়াটির ওপর থেকে চাপ অপসারণ করা হলে অপসারিত চাপকে প্রশমিত করার জন্য সাম্যের অবস্থান বাম দিকে সরে যাবে। ফলে NH3 উৎপাদন কমবে এবং বিক্রিয়কের পরিমাণ বাড়বে। ফলে এ জাতীয় বিক্রিয়া অধিক চাপে সংঘটিত হয়। এ কারণেই ২০০ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে বাণিজ্যিকভাবে NH3 উৎপাদন বৃদ্ধি করা হয়।
| তোমার প্রভাব | বিক্রিয়ার প্রভাব | বিক্রিয়ার দিক | উৎপাদের পরিমাণ |
|---|---|---|---|
| চাপ বৃদ্ধি | চাপ হ্রাস | সম্মুখ দিকে | বৃদ্ধি |
| চাপ হ্রাস | চাপ বৃদ্ধি | পশ্চাৎ দিকে | হ্রাস |
যদি কোনো গ্যাসীয় বিক্রিয়ায় বিক্রিয়ক অপেক্ষা উৎপাদের মোল সংখ্যা বেশি হয়, সেসব বিক্রিয়ায় চাপ বাড়ালে উৎপাদ হ্রাস পাবে। যেসব বিক্রিয়ায় গ্যাসীয় বিক্রিয়কের চেয়ে উৎপাদের আয়তন বেশি সেসব ক্ষেত্রে চাপের প্রভাব ঠিক উল্টো। যেমন:
এই বিক্রিয়ায় উৎপাদের গ্যাসের মোল সংখ্যা ৫ এবং বিক্রিয়কের মোল সংখ্যা ২। এখানে উৎপাদের আয়তন বেশি এবং বিক্রিয়কের আয়তন কম। অতএব লা-শাতেলিয়ার নীতি অনুসারে বিক্রিয়াটির ওপর চাপ প্রয়োগ করা হলে প্রয়োগকৃত চাপ প্রশমিত করার জন্য সাম্যের অবস্থান বাম দিকে সরে যাবে। কারণ সাম্যাবস্থা বামদিকে সরে গিয়েই আয়তন হ্রাস পেয়ে প্রয়োগকৃত চাপকে প্রশমিত করবে। এক্ষেত্রে সাম্যাবস্থায় N2O5 উৎপাদন বাড়বে এবং বিক্রিয়কের পরিমাণ কমবে।
বিক্রিয়াটির ওপর থেকে চাপ অপসারণ করা হলে অপসারিত চাপকে প্রশমিত করার জন্য সাম্যের অবস্থান ডান দিকে সরে যাবে। ফলে 4NO2 ও O2 উৎপাদন বাড়বে এবং বিক্রিয়কের (N2O5) পরিমাণ কমবে। ফলে এ জাতীয় বিক্রিয়া কম চাপে করা হয়।
| তোমার প্রভাব | বিক্রিয়ার প্রভাব | বিক্রিয়ার দিক | উৎপাদের পরিমাণ |
|---|---|---|---|
| চাপ বৃদ্ধি | চাপ হ্রাস | পশ্চাৎ দিকে | হ্রাস |
| চাপ হ্রাস | চাপ বৃদ্ধি | সম্মুখ দিকে | বৃদ্ধি |
৩. ঘনমাত্রার প্রভাব (Effect of Concentration):
লা-শাতেলিয়ার নীতির আলোকে উভমুখী বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থায় উপাদানের ঘনমাত্রার প্রভাব ব্যাখ্যা করা যায়। উদাহরণস্বরূপ: একটি বদ্ধপাত্রে PCl5 কে উত্তপ্ত করলে উভমুখীভাবে বিয়োজিত হয়ে PCl3 এবং Cl2 উৎপন্ন হয়। যেমন:
মোলার ঘনমাত্রায় এ বিক্রিয়াটির সাম্যাংক, Kc = [PCl3][Cl2] [PCl5]
এ বিক্রিয়ায় PCl5 আংশিকভাবে বিয়োজিত হয় এবং এক পর্যায়ে উৎপন্ন PCl3 ও Cl2 এর সঙ্গে অবিয়োজিত PCl5 এর সাম্যাবস্থা সৃষ্টি হয়। এ সাম্য মিশ্রণে PCl5, PCl3 এবং Cl2 এ তিনটি উপাদানই উপস্থিত থাকে।
সাম্য মিশ্রণে যদি কিছু পরিমাণ PCl5 যোগ করা হয় তবে সাম্য মিশ্রণে PCl5 এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পায়। PCl5 এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পেলে সাম্যাংক (Kc) এর মান বৃদ্ধি পাওয়ার কথা। কিন্তু স্থির তাপমাত্রায় বিক্রিয়াটির সাম্যাংক (Kc) এর মান পরিবর্তন হয় না, তাই সংযোজিত PCl5 বিয়োজিত হয়ে উৎপাদের ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করে PCl5 সংযোগের প্রভাব প্রশমিত করে। ফলে সাম্যাবস্থা ডান দিকে সরে যায়।
অপরপক্ষে, সাম্য মিশ্রণে যদি কিছু পরিমাণ Cl2 যোগ করা হয় তবে সাম্য মিশ্রণে Cl2 এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পায়। Cl2 এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পেলে সাম্যাংক (Kc) এর মান বৃদ্ধি পাওয়ার কথা। কিন্তু স্থির তাপমাত্রায় সাম্যাংক (Kc) এর মান পরিবর্তন হয় না, তাই সংযোজিত Cl2, PCl3 এর সাথে বিক্রিয়া করে PCl5 এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করে Cl2 সংযোগের প্রভাব প্রশমিত করে। ফলে সাম্যাবস্থা বাম দিকে সরে যায়।
আবার, যদি বিক্রিয়াস্থল থেকে কিছু পরিমাণ PCl3 ও Cl2 সরিয়ে নেওয়া হয় তবে শূন্যস্থান পূরণের জন্য তথা সাম্যাবস্থা অক্ষুণ্ণ রাখার জন্য আরও কিছু PCl5 বিয়োজিত হয়ে PCl3 ও Cl2 উৎপন্ন করে। ফলে সাম্য ডান দিকে সরে যায়। অতএব দেখা যাচ্ছে যে, ঘনমাত্রা পরিবর্তন করলে সাম্যাবস্থার পরিবর্তন হয় কিন্তু সাম্যাংক (Kc) এর মানের কোনো পরিবর্তন হয় না।
| তোমার প্রভাব | বিক্রিয়ার প্রভাব | বিক্রিয়ার দিক | উৎপাদের পরিমাণ |
|---|---|---|---|
| PCl5 এর পরিমাণ বৃদ্ধি | PCl5 এর পরিমাণ হ্রাস | সম্মুখ দিকে | বৃদ্ধি |
| Cl2 এর পরিমাণ বৃদ্ধি | Cl2 এর পরিমাণ হ্রাস | পশ্চাৎ দিকে | হ্রাস |
নিচের বিক্রিয়াগুলির ওপর তাপমাত্রা, চাপ এবং ঘনমাত্রার প্রভাব বর্ণনা কর:
- H2(g) + N2(g) ⇌ 2NH3(g) + তাপ
- 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) + তাপ
- N2(g) + O2(g) ⇌ 2NO(g) – তাপ
- N2O4(g) ⇌ 2NO2(g) + তাপ
- 2N2O5(g) ⇌ 4NO2(g) + O2(g) + তাপ
