高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)-化學(xué)反應(yīng)原理-化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡-化學(xué)平衡移動(dòng)原理

發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡移動(dòng)原理的勒沙特列凡是學(xué)習(xí)化學(xué)的人，都知道化學(xué)中有一個(gè)重要原理——平衡移動(dòng)原理：處于平衡狀態(tài)的體系（一種物質(zhì)或多種物質(zhì)的集合體）受到擾動(dòng)時(shí)，這個(gè)體系將自動(dòng)調(diào)整以抵消這種擾動(dòng)，恢復(fù)平衡。這個(gè)原理不僅可用于可逆化學(xué)反應(yīng)，同樣可用于可逆的物理過(guò)程。平衡移動(dòng)原理使預(yù)測(cè)各種條件（溫度、壓力及反應(yīng)物濃度）的變化對(duì)于化學(xué)反應(yīng)的影響成為可能，在化學(xué)工業(yè)中對(duì)設(shè)計(jì)最佳生產(chǎn)過(guò)程具有非常重要的價(jià)值。這個(gè)重要原理的發(fā)明者就是著名法國(guó)物理化學(xué)家亨利·路易·勒沙特列（HenryLouisLechatelier,1850—1936）。

勒沙特列于1850年10月8日出生于巴黎，父親是一位出色的工程師，任過(guò)礦山總監(jiān)，參加過(guò)許多鐵路的修建設(shè)計(jì)工作，當(dāng)?shù)貧W洲的鐵路設(shè)計(jì)幾乎都凝結(jié)著他的智慧和貢獻(xiàn)。勒沙特列還很小的時(shí)候，經(jīng)常有人來(lái)家里找父親，大人們總是沒(méi)完沒(méi)了地談?wù)撔藿ㄨF路的事兒。在他上了大學(xué)，學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)和物理等課程以后，就經(jīng)常幫助父親做一些設(shè)計(jì)和計(jì)算工作。

勒沙特列的母親是一位很有藝術(shù)修養(yǎng)的婦女，在她的培養(yǎng)下，孩子們對(duì)藝術(shù)都很感興趣，1867年參加文學(xué)院的入學(xué)考試，成績(jī)不錯(cuò)。但父親卻堅(jiān)持認(rèn)為，獻(xiàn)身崇高的科學(xué)事業(yè)才是男子漢的天職，勒沙特列在第二年又考入了巴黎工業(yè)學(xué)院。

勒沙特列的家是個(gè)人口眾多的大家庭，在巴黎擁有庭院寬敞的住宅，全家人的生活都很有規(guī)律。每天早上，勒沙特列都是早早起床，吃過(guò)早飯后便到父親的大辦公室去，在那里他先預(yù)習(xí)工業(yè)學(xué)院的功課，然后跟父親一起學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。有空閑的時(shí)候，他也喜歡到父親的書(shū)房去，那是父親接待來(lái)訪者的地方。經(jīng)常來(lái)拜訪父親的客人中有企業(yè)家、科學(xué)家和工程技術(shù)人員。他們討論的問(wèn)題多種多樣，五花八門，有工業(yè)問(wèn)題，有農(nóng)業(yè)問(wèn)題，有化學(xué)問(wèn)題，有醫(yī)學(xué)問(wèn)題，當(dāng)然還有鐵路、礦山和冶金方面的問(wèn)題。勒沙特列對(duì)這些問(wèn)題都非常有興趣，充滿了好奇心。

當(dāng)時(shí)，法國(guó)科學(xué)院定期舉辦一些科學(xué)技術(shù)的報(bào)告會(huì)，勒沙特列總是按時(shí)去旁聽(tīng)，從不錯(cuò)過(guò)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。父親和圣克萊爾·德維爾、杜馬、謝布瑞等知名科學(xué)家始終保持著友好的交往，因此，勒沙特列常常能夠得到他們發(fā)表的研究論文，并且總是一篇不漏地一一拜讀。

勒沙特列在工業(yè)學(xué)院主修工程科學(xué)方面的課程，但他對(duì)化學(xué)和冶金學(xué)也有著濃厚的興趣。他經(jīng)?；孟胫馨l(fā)明一種設(shè)備，可以把研成粉末的礦石變成閃閃發(fā)光的金屬。雖然當(dāng)時(shí)他還只是個(gè)大學(xué)生，但已經(jīng)掌握了相當(dāng)廣博的化學(xué)知識(shí)，工業(yè)學(xué)院開(kāi)設(shè)的化學(xué)課已遠(yuǎn)不能滿足這個(gè)青年的求知欲，他一心向往能夠獨(dú)立地從事實(shí)驗(yàn)和研究工作，于是他找個(gè)機(jī)會(huì)請(qǐng)求父親的好友德維爾先生允許他利用暑假在其實(shí)驗(yàn)室里工作。德維爾先生很痛快地答應(yīng)了勒沙特列的請(qǐng)求，因?yàn)樗缫芽闯龊糜训膬鹤邮莻€(gè)能力超群的未來(lái)科學(xué)家的好苗子。

整個(gè)暑假，勒沙特列都是在德維爾先生的實(shí)驗(yàn)室和鋁廠里度過(guò)的，他喜歡鋁，對(duì)這種銀白色的在當(dāng)時(shí)是非常貴重的金屬著迷，他和德維爾先生還一起從事冶金過(guò)程中高溫問(wèn)題的研究。暑假在緊張的學(xué)習(xí)和研究中悄悄過(guò)去了，勒沙特列度過(guò)了一個(gè)有意義的假期。他學(xué)到了許多課堂上和書(shū)本中學(xué)不到的知識(shí)。

1872年春天，勒沙特列以優(yōu)異的成績(jī)從巴黎工業(yè)學(xué)院畢業(yè)了，并獲得礦業(yè)工程師資格。他先協(xié)助父親工作一段時(shí)間后，就和哥哥一起研究乙炔燃燒的問(wèn)題。乙炔燃燒時(shí)，火焰溫度極高。他們想到如果把這個(gè)性質(zhì)應(yīng)用到金屬焊接上，肯定會(huì)給乙炔的用途帶來(lái)極為廣闊的發(fā)展前景。但乙炔是易燃易爆的物質(zhì)，存貯是個(gè)很棘手的問(wèn)題。兄弟二人為研究攻克這個(gè)難題，付出了艱辛的勞動(dòng)，終于獲得了成功。他們研究出一種安全地存貯液態(tài)乙炔的技術(shù)，并正式提出氧—乙炔焰來(lái)焊接和切割金屬的發(fā)明。

1876年，勒沙特列受聘榮任礦業(yè)學(xué)院教授，講授普通化學(xué)和礦物化學(xué)。這位年輕的教授除了圓滿地完成教學(xué)任務(wù)之外，還進(jìn)行了大量的科學(xué)研究。他興趣廣泛，知識(shí)淵博，涉及的研究領(lǐng)域也很廣，曾和學(xué)院的同事們一起研究過(guò)礦井中瓦斯爆炸的問(wèn)題；成功地提出了一種十分理想的在高溫下測(cè)定氣體熱容的新方法；對(duì)冶金學(xué)和熱工學(xué)中凡是與氣體燃燒和放出熱能有關(guān)的一些重要計(jì)算，科學(xué)地提出其理論上的依據(jù)。

自1883年起，勒沙特列出任法蘭西學(xué)院化學(xué)教授。在這里，他完成了有關(guān)混凝土、水泥、石膏凝固過(guò)程中化學(xué)變化的研究。他曾對(duì)水泥中各種化學(xué)成分的配比對(duì)性能的影響做過(guò)詳細(xì)研究，提出在水泥的配料中增加氧化鋁的含量，可以增強(qiáng)水泥抵抗水浸蝕所致的破壞作用。勒沙特列研究的化學(xué)反應(yīng)大多是可逆反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程必須達(dá)到平衡狀態(tài)，而平衡狀態(tài)的建立往往是極其緩慢的，有時(shí)甚至要反應(yīng)幾天。為了縮短反應(yīng)時(shí)間，必須研究平衡過(guò)程。勒沙特列決心集中精力探索影響化學(xué)平衡的各種因素，力圖找到一種能夠操縱化學(xué)平衡的方法，使其能夠按照人們的意志朝任何一個(gè)方向“移動(dòng)”，讓所需要的產(chǎn)物達(dá)到最佳產(chǎn)率。勒沙特列深知掌握能夠支配化學(xué)平衡的規(guī)律對(duì)于化工生產(chǎn)有多么重要。

勒特沙列和他的助手們做了大量的實(shí)驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不尋常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：氯化鋁發(fā)生熱分解的反應(yīng)速度隨著溫度的不斷升高而逐漸增大，顯然，熱量可以促進(jìn)這個(gè)分解過(guò)程的進(jìn)行?？墒菫槭裁磿?huì)是這樣的呢？勒沙特列陷入深深的思索之中。突然，他的腦海里火花一閃：氯化鋁的分解一定是個(gè)吸熱的過(guò)程！所以提高溫度有利于吸熱過(guò)程的進(jìn)行！勒沙特列立刻要求全體助手暫停手上的其他工作，共同攻關(guān)，驗(yàn)證溫度對(duì)一系列化學(xué)反應(yīng)的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了勒沙特列的推測(cè)，加熱有利于吸熱過(guò)程的進(jìn)行，也就是說(shuō)，反應(yīng)體系需要補(bǔ)充熱量；而放熱過(guò)程則都是需要冷卻才易于進(jìn)行，即反應(yīng)體系需要放出熱量以便抵消因冷卻而損失的那部分熱量。

如果變換壓力，結(jié)果會(huì)怎么樣呢？勒沙特列和助手們又做了大量研究工作。研究結(jié)果表明：當(dāng)壓力增加時(shí)，反應(yīng)體系所發(fā)生的變化必定是導(dǎo)致體系壓力降低的過(guò)程；反之，當(dāng)壓力降低時(shí)，反應(yīng)體系的平衡會(huì)導(dǎo)致壓力升高的方向移位。似乎平衡體系內(nèi)部蘊(yùn)藏著一種神奇的力量，當(dāng)這個(gè)平衡體系受到外部的作用時(shí)，這種神奇的力量就會(huì)努力減弱和抵消這種外部作用。事實(shí)證明，這個(gè)原理對(duì)一切平衡體系都是普遍適用的。這就是著名的“勒沙特列平衡移動(dòng)原理”。一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)就這樣誕生了。

“平衡移動(dòng)原理”的發(fā)現(xiàn)和確立，意義是十分重大的，它不僅為人們認(rèn)識(shí)和掌握平衡過(guò)程開(kāi)辟了光明的前景，而且使我們知道如何優(yōu)化和選擇各種可逆的平衡反應(yīng)，及在應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)所必須滿足的條件。由于弗里茨·哈伯成功地將“平衡移動(dòng)原理”應(yīng)用于合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，使其很快顯示出在指導(dǎo)化工生產(chǎn)力方面的重大意義。

由于研究化學(xué)平衡的需要，勒沙特列急需能夠準(zhǔn)確測(cè)量高溫的溫度計(jì)，而當(dāng)時(shí)的溫度計(jì)最高只能測(cè)到500°C，勒沙特列早就想發(fā)明一種能測(cè)量高溫的溫度計(jì)。人們當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道金屬導(dǎo)體的電阻是隨著溫度的逐漸升高而慢慢變大的。有一天，勒沙特列那總在運(yùn)轉(zhuǎn)的大腦突發(fā)奇想，能不能用高熔點(diǎn)的金屬絲的電阻隨溫度變化的效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度呢？他們將很細(xì)的電熱絲放在電爐里，緩緩加熱。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始進(jìn)行得并不順利，重現(xiàn)性很不好。勒沙特列敏銳地懷疑到是開(kāi)關(guān)在影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他讓助手?jǐn)嗟綦娫?，去掉開(kāi)關(guān)，把兩根導(dǎo)線直接連上，中間接上靈敏檢流計(jì)，檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，證明回路里有微弱的電流產(chǎn)生！勒沙特列打開(kāi)爐門，讓電爐盡快冷卻，他目不轉(zhuǎn)晴地盯著檢流計(jì)……，終于發(fā)現(xiàn)指針慢慢恢復(fù)到零點(diǎn)?！懊顦O了！”勒沙特列喃喃地說(shuō)，由于心情激動(dòng)，他的聲音微微有些顫抖，“我們將要發(fā)明一種新式的溫度計(jì)啦！”

1887年，勒沙特列首次成功地設(shè)計(jì)出鉑銠熱電偶高溫溫度計(jì)，對(duì)檢溫學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)。這種溫度計(jì)依據(jù)的原理是：將兩種金屬組成的閉合線路加熱時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生電流，電流的大小與兩個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)的溫差成比例。如果我們將一個(gè)人聯(lián)結(jié)點(diǎn)放入欲測(cè)量溫度的物體中，另一個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)保持在已知的溫度中，那么前者的溫度就可以根據(jù)所測(cè)到的電流計(jì)算出來(lái)。勒沙特列就這樣用鉑絲和鉑銠合金絲測(cè)量到了前人未能測(cè)定的溫度。值得一提的是，這種用兩根金屬導(dǎo)線制成的溫度計(jì)——熱電偶溫度計(jì)，直到今天我們還離不開(kāi)它，因?yàn)樗粌H能測(cè)量很高的溫度，而且測(cè)量的數(shù)值十分精確。

為了觀察合金的細(xì)微結(jié)構(gòu)，勒沙特列還發(fā)明了金相顯微鏡。使人類有史以來(lái)第一次能夠在顯微鏡下觀察到金屬表面的真實(shí)情況。

由于勒沙特列的實(shí)驗(yàn)室擁有能測(cè)量高溫的溫度計(jì)和能夠觀察晶體結(jié)構(gòu)的金相顯微鏡。他有條件對(duì)金屬的結(jié)晶過(guò)程做深入細(xì)微的研究。鋼鐵的結(jié)晶過(guò)程對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著極其重大的意義，同時(shí)也是最為復(fù)雜的，熔化后的鐵能夠與碳化合，同時(shí)還能溶解硅和磷等元素。勒沙特列和同事們一起通過(guò)大量艱苦的工作，搞清了鋼材淬火過(guò)程的機(jī)理，闡明了錳除鑄鐵所含的少量磷的作用。由于這項(xiàng)重大的研究成果，勒沙特列在1910年榮獲貝斯麥獎(jiǎng)?wù)隆?912年，他出版了專著《冶金學(xué)研究導(dǎo)論》。

勒沙特列的科學(xué)研究是多方面的，他對(duì)科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)舉世公認(rèn)。他的聲譽(yù)也與日俱增。法國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)局、爆破委員會(huì)、度量衡標(biāo)準(zhǔn)局、新發(fā)現(xiàn)委員會(huì)及許多官方委員會(huì)都聘請(qǐng)他擔(dān)任特別顧問(wèn)，歐洲的許多大學(xué)和科學(xué)團(tuán)體紛紛選舉勒沙特列為他們的名譽(yù)成員。他先后獲得過(guò)許多榮譽(yù)：1900年在巴黎榮獲科學(xué)大獎(jiǎng)，1904年在美國(guó)榮獲圣路易獎(jiǎng)，1907年，勒沙特列當(dāng)選為法國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，1927年當(dāng)選為前蘇聯(lián)科學(xué)院名譽(yù)院士。第一次世界大戰(zhàn)期間他曾出任法國(guó)武裝部長(zhǎng)。

1922年春天，法國(guó)科學(xué)院舉辦了勒沙特列從事科學(xué)活動(dòng)50周年的紀(jì)念活動(dòng)。參加大會(huì)的有