高中化學(xué)知識點-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)平衡移動原理

發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡移動原理的勒沙特列凡是學(xué)習(xí)化學(xué)的人，都知道化學(xué)中有一個重要原理——平衡移動原理：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）受到擾動時，這個體系將自動調(diào)整以抵消這種擾動，恢復(fù)平衡。這個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程。平衡移動原理使預(yù)測各種條件（溫度、壓力及反應(yīng)物濃度）的變化對于化學(xué)反應(yīng)的影響成為可能，在化學(xué)工業(yè)中對設(shè)計最佳生產(chǎn)過程具有非常重要的價值。這個重要原理的發(fā)明者就是著名法國物理化學(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，任過礦山總監(jiān)，參加過許多鐵路的修建設(shè)計工作，當(dāng)?shù)貧W洲的鐵路設(shè)計幾乎都凝結(jié)著他的智慧和貢獻(xiàn)。勒沙特列還很小的時候，經(jīng)常有人來家里找父親，大人們總是沒完沒了地談?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)計和計算工作。

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，孩子們對藝術(shù)都很感興趣，1867年參加文學(xué)院的入學(xué)考試，成績不錯。但父親卻堅持認(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)。有空閑的時候，他也喜歡到父親的書房去，那是父親接待來訪者的地方。經(jīng)常來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。他們討論的問題多種多樣，五花八門，有工業(yè)問題，有農(nóng)業(yè)問題，有化學(xué)問題，有醫(yī)學(xué)問題，當(dāng)然還有鐵路、礦山和冶金方面的問題。勒沙特列對這些問題都非常有興趣，充滿了好奇心。

當(dāng)時，法國科學(xué)院定期舉辦一些科學(xué)技術(shù)的報告會，勒沙特列總是按時去旁聽，從不錯過學(xué)習(xí)的機(jī)會。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，但他對化學(xué)和冶金學(xué)也有著濃厚的興趣。他經(jīng)常幻想著能發(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)時他還只是個大學(xué)生，但已經(jīng)掌握了相當(dāng)廣博的化學(xué)知識，工業(yè)學(xué)院開設(shè)的化學(xué)課已遠(yuǎn)不能滿足這個青年的求知欲，他一心向往能夠獨立地從事實驗和研究工作，于是他找個機(jī)會請求父親的好友德維爾先生允許他利用暑假在其實驗室里工作。德維爾先生很痛快地答應(yīng)了勒沙特列的請求，因為他早已看出好友的兒子是個能力超群的未來科學(xué)家的好苗子。

整個暑假，勒沙特列都是在德維爾先生的實驗室和鋁廠里度過的，他喜歡鋁，對這種銀白色的在當(dāng)時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程中高溫問題的研究。暑假在緊張的學(xué)習(xí)和研究中悄悄過去了，勒沙特列度過了一個有意義的假期。他學(xué)到了許多課堂上和書本中學(xué)不到的知識。

1872年春天，勒沙特列以優(yōu)異的成績從巴黎工業(yè)學(xué)院畢業(yè)了，并獲得礦業(yè)工程師資格。他先協(xié)助父親工作一段時間后，就和哥哥一起研究乙炔燃燒的問題。乙炔燃燒時，火焰溫度極高。他們想到如果把這個性質(zhì)應(yīng)用到金屬焊接上，肯定會給乙炔的用途帶來極為廣闊的發(fā)展前景。但乙炔是易燃易爆的物質(zhì)，存貯是個很棘手的問題。兄弟二人為研究攻克這個難題，付出了艱辛的勞動，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礦井中瓦斯爆炸的問題；成功地提出了一種十分理想的在高溫下測定氣體熱容的新方法；對冶金學(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、石膏凝固過程中化學(xué)變化的研究。他曾對水泥中各種化學(xué)成分的配比對性能的影響做過詳細(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，有時甚至要反應(yīng)幾天。為了縮短反應(yīng)時間，必須研究平衡過程。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方向“移動”，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驗，從中發(fā)現(xiàn)了一個不尋常的實驗現(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)這個分解過程的進(jìn)行。可是為什么會是這樣的呢？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吸熱的過程！所以提高溫度有利于吸熱過程的進(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)，驗證溫度對一系列化學(xué)反應(yīng)的影響。

實驗結(jié)果證實了勒沙特列的推測，加熱有利于吸熱過程的進(jìn)行，也就是說，反應(yīng)體系需要補(bǔ)充熱量；而放熱過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，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程；反之，當(dāng)壓力降低時，反應(yīng)體系的平衡會導(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)這個平衡體系受到外部的作用時，這種神奇的力量就會努力減弱和抵消這種外部作用。事實證明，這個原理對一切平衡體系都是普遍適用的。這就是著名的“勒沙特列平衡移動原理”。一個偉大的發(fā)現(xiàn)就這樣誕生了。

“平衡移動原理”的發(fā)現(xiàn)和確立，意義是十分重大的，它不僅為人們認(rèn)識和掌握平衡過程開辟了光明的前景，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)時所必須滿足的條件。由于弗里茨·哈伯成功地將“平衡移動原理”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)確測量高溫的溫度計，而當(dāng)時的溫度計最高只能測到500°C，勒沙特列早就想發(fā)明一種能測量高溫的溫度計。人們當(dāng)時已經(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，能不能用高熔點的金屬絲的電阻隨溫度變化的效應(yīng)來測量溫度呢？他們將很細(xì)的電熱絲放在電爐里，緩緩加熱。實驗開始進(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關(guān)在影響實驗結(jié)果。他讓助手?jǐn)嗟綦娫?，去掉開關(guān)，把兩根導(dǎo)線直接連上，中間接上靈敏檢流計，檢流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，證明回路里有微弱的電流產(chǎn)生！勒沙特列打開爐門，讓電爐盡快冷卻，他目不轉(zhuǎn)晴地盯著檢流計……，終于發(fā)現(xiàn)指針慢慢恢復(fù)到零點?！懊顦O了！”勒沙特列喃喃地說，由于心情激動，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啦！”

1887年，勒沙特列首次成功地設(shè)計出鉑銠熱電偶高溫溫度計，對檢溫學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)。這種溫度計依據(jù)的原理是：將兩種金屬組成的閉合線路加熱時，回路中會產(chǎn)生電流，電流的大小與兩個聯(lián)結(jié)點的溫差成比例。如果我們將一個人聯(lián)結(jié)點放入欲測量溫度的物體中，另一個聯(lián)結(jié)點保持在已知的溫度中，那么前者的溫度就可以根據(jù)所測到的電流計算出來。勒沙特列就這樣用鉑絲和鉑銠合金絲測量到了前人未能測定的溫度。值得一提的是，這種用兩根金屬導(dǎo)線制成的溫度計——熱電偶溫度計，直到今天我們還離不開它，因為它不僅能測量很高的溫度，而且測量的數(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。使人類有史以來第一次能夠在顯微鏡下觀察到金屬表面的真實情況。

由于勒沙特列的實驗室擁有能測量高溫的溫度計和能夠觀察晶體結(jié)構(gòu)的金相顯微鏡。他有條件對金屬的結(jié)晶過程做深入細(xì)微的研究。鋼鐵的結(jié)晶過程對工業(yè)生產(chǎn)有著極其重大的意義，同時也是最為復(fù)雜的，熔化后的鐵能夠與碳化合，同時還能溶解硅和磷等元素。勒沙特列和同事們一起通過大量艱苦的工作，搞清了鋼材淬火過程的機(jī)理，闡明了錳除鑄鐵所含的少量磷的作用。由于這項重大的研究成果，勒沙特列在1910年榮獲貝斯麥獎?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。法國國家科學(xué)技術(shù)局、爆破委員會、度量衡標(biāo)準(zhǔn)局、新發(fā)現(xiàn)委員會及許多官方委員會都聘請他擔(dān)任特別顧問，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。他先后獲得過許多榮譽(yù)：1900年在巴黎榮獲科學(xué)大獎，1904年在美國榮獲圣路易獎，1907年，勒沙特列當(dāng)選為法國國家科學(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)期間他曾出任法國武裝部長。

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