Nguyên lý Le Chatelier

Trong vật lý

Nguyên lý Le Chatelier mô tả những phản ứng định tính của một hệ thống do một sự thay đổi tức thời các điều kiện bên ngoài gây ra. Sự thay đổi này ngay lập tức làm thay đổi một số thông số của hệ thống, hệ thống sẽ có những phản ứng để chống lại (hay hủy bỏ một phần) sự thay đổi này. Thời gian của sự điều chỉnh phụ thuộc vào cường độ của các "cú sốc" ban đầu. Khi một "cú sốc" ban đầu gây ra một thay đổi điều kiện bên ngoài (như tỏa nhiệt), cân bằng mới tạo ra có thể khác hẳn cân bằng cũ, và phải mất một thời gian để đạt được. Trong một số hệ thống động, trạng thái cuối cùng của hệ thống không thể được xác định bởi cú sốc. Nguyên lý Le Chatelier thường được dùng để mô tả các hệ cô lập phản hồi tiêu cực, nhưng nói chung, với các hệ thống khép kín và cô lập nhiệt động trong tự nhiên thì định luật hai nhiệt động lực học đảm bảo rằng sự mất cân bằng gây ra bởi một "cú sốc" tức thời phải có một chu kỳ bán rã nhất định. Nguyên lý này tương tự cho toàn bộ thế giới vật chất.
Nguyên lý này, trong khi nó bắt nguồn từ cân bằng hóa học và mở rộng vào lý thuyết kinh tế, cũng có thể được sử dụng trong mô tả hệ thống cơ khí. Khi hệ thống bị quá tải sẽ phản ứng một cách nào đó để giảm thiểu ảnh hưởng của sự quá tải này. Hơn nữa, phản ứng nói chung sẽ có cơ chế dễ dàng nhất làm giảm sự quá tải đó. Chốt an toàn và các thiết bị tương tự là yếu tố bảo vệ các hệ thống khi quá tải, áp dụng trong cả cách làm giảm bớt hay ngăn chặn thiệt hại cho toàn bộ hệ thống, là một ứng dụng thực tế của nguyên lý Le Chatelier.

Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất

Trạng thái cân bằng của sản phẩm và chất phản ứng không trực tiếp phụ thuộc vào tổng áp suất của hệ thống. Chúng có thể phụ thuộc vào áp suất từng phần của sản phẩm và chất phản ứng. Nếu số mol chất khí phản ứng bằng với số mol các sản phẩm khí thì thay đổi áp suất của hệ không có hiệu lực lên trạng thái cân bằng, ví dụ ở phản ứng H₂ + I₂ ⇌ 2HI.
Thay đổi tổng áp suất bằng cách thêm vào một khí trơ ở thể tích không đổi không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng (xem §Ảnh hưởng của khí trơ bên dưới).
Thay đổi tổng áp suất bằng cách thay đổi thể tích của hệ thống sẽ thay đổi một phần áp suất riêng của chất sản phẩm và chất tham gia, do đó có thể ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng (xem §Ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích bên dưới).

Ảnh hưởng của việc thêm một khí trơ

Một khí trơ (hay khí hiếm), như heli, là một chất mà không phản ứng với các chất khác. Thêm một khí trơ vào một cân bằng dạng khí ở điều kiện thể tích không đổi thì kết quả cân bằng không có gì thay đổi do việc bổ sung một loại khí không phản ứng không làm thay đổi cân bằng, khi khí trơ xuất hiện ở cả hai bên của phương trình phản ứng hóa học. Ví dụ, khi chất A và B phản ứng với C và D, nhưng X không tham gia trong phản ứng: .
Đúng là tổng áp suất của hệ thống đã tăng lên, áp suất này không có bất kỳ ảnh hưởng nào đến hằng số cân bằng, nhưng nếu có sự thay đổi trong một phần áp suất sẽ gây ra một thay đổi trong trạng thái cân bằng. Nếu thể tích được phép tăng trong quá trình, một phần áp suất của tất cả các khí sẽ được giảm. Kết quả là cân bằng sẽ chuyển dịch về phía có lượng số mol khí lớn hơn.

Nhận định khác về nguyên lý Le Chatelier 

Trong nhiệt động lực học, khi một cân bằng phức tạp được xem xét, để đưa ra các phát biểu hợp lý theo nguyên lý Le Chatelier trở nên khó khăn hoặc không khả thi, và rất chung chung. Prigogine và Defay chứng minh rằng một hệ thống nhiệt có thể hoặc không thể biểu hiện sự điều chỉnh, tùy thuộc vào chính xác những điều kiện đang áp đặt sau khi điều kiện ban đầu của phản ứng thay đổi. Nguyên lý Le Chatelier đề cập đến cân bằng nhiệt động lực học, cân bằng cơ học và hầu hết không áp dụng cho cân bằng bán bền vững và không ổn định.

Ứng dụng trong kinh tế

Trong kinh tế học, một khái niệm tương tự cũng được đặt tên theo Le Chatelier, được giới thiệu bởi nhà kinh tế Mỹ Paul Samuelson vào năm 1947. Đây là nguyên lý Le Chatelier tổng quát cho điều kiện tối đa của trạng thái cân bằng kinh tế: Nơi mà tất cả các ẩn số của một hàm biến độc lập, ràng buộc phụ trợ —"chỉ ràng buộc" để cân bằng ban đầu không thay đổi—giảm các đáp ứng với thay đổi tham số. Vì vậy, độ co giãn của cầu theo yếu tố nhu cầu và hàng hóa được giả thuyết là thấp hơn trong ngắn hạn so với trong dài hạn, vì sự hạn chế của chi phí trong ngắn hạn.