但凡学习过中学化学的童鞋，都应该知道化学中的一条重要原理（说它重要，其实是考试必考而已）—化学平衡移动原理，它使预测各种条件（温度、压力及反应物浓度）的变化对于达到化学平衡的反应的影响成为可能，在化学工业中对设计最佳生产过程具有非常重要的价值。这个重要原理的发明者就是著名法国物理化学家亨利•路易•勒沙特列（又译为：勒夏特里）。

当吉布斯在美国潜心研究平衡态的热力学（这是相对20世纪出现的非平衡态热力学而言的）时，大西洋彼岸的欧洲科学家也在为建立动态平衡原理煞费苦心。这方面的功绩应归功于荷兰化学家、第一位诺贝尔化学奖得主—范特霍夫。前文述及，挪威化学家古德贝格和瓦格提出了浓度对反应速率的影响规律—质量作用定律，1877年，范特霍夫提出化学反应速率代替意义模糊的“化学亲和力”。化学家对化学平衡有了较一致的看法：化学平衡时正反应速率和逆反应速率相等的动态平衡。范特霍夫对化学平衡问题情有独钟，他写道：

“化学平衡这一重大问题吸引了我的注意。平衡状态的化学过程对于化学理论来说具有重要意义：第一，由于它具有普遍性（所有化学反应都不能完全，必然会达到某种平衡状态）；第二，由于能够很容易地把成效卓著、严格的热力学原理应用到这些现象上。因此，它是一个物理、化学和数学的各种数据能够相互补充的最好领域，而别的领域都无法与之相比。”

（1）    均相的；

（2）    多相的；

（3）    各凝聚体系的。

对蒸发、凝固等物理现象来说，也有类似的情况，物理平衡可看做是化学平

衡最简单的特殊情况，同时两种平衡都是热力学平衡这一范畴。这和吉布斯的《论复相物质的平衡》和三种系综的理论的观点是一致的。

1884年，范特霍夫将克劳修斯—克拉珀龙方程加以推广，使之适用于气体或稀溶液之间的化学平衡的所有情形。原方程（未积分）：

d（ln P）/（d T）= Q /（RT²）

原式中的P为平衡常数K代替，得到范特霍夫方程：

d（ln K）/（d T）= Q /（RT²）

现在习惯将反应热Q写成△H（成为焓变），于是范特霍夫方程的现代形式为：

d（ln K）/（d T）= △H /（RT²）

这是物理化学中最重要的方程之一，它回答了化学平衡如何随温度的变化而改变的问题。由方程可知，若正反应放热，则△H〈0，温度升高时K值将减少，对正反应不利；若正反应吸热，则△H 〉0，温度升高时K值将增大，对正反应有利。换句话说，范特霍夫确立的动态平衡原理是从温度和反应热的变化而产生的平衡移动的得出的。可表述如下：在物质体系达到平衡后，温度的下降使平衡向着放热的方向移动，反之温度的升高使平衡向吸热的方向移动。方程包含了物理平衡和化学平衡，又明确指出了温度的变化对平衡体系的影响，它还意味着，如果没有产生放热的体系，则温度变化并影响平衡。范特霍夫方程是化学平衡理论的奠基石。

同在1884年，法国化学家勒•沙特列将这一原理加以概括，推广至温度、压力、浓度等因素，提出了著名的化学平衡移动原理，又称为勒•沙特列原理。美国著名化学家鲍林（曾获两次诺贝尔奖）在他的教科书说：“如果大学毕业后，学生不再从事化学研究，就可能会全部忘掉有关化学平衡的数学公式，但希望学生不要忘掉勒•沙特列原理。”下面就该说说勒•沙特列其人了。

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               范特霍夫

亨利•路易•勒•沙特列于1850年10月8日出生于法国巴黎，父亲是一位出色的工程师，曾经创办了法国、西班牙、奥地利的铁路系统，并与德维尔（工业炼铝的创始人，见寻找元素的故事第三节）共同创建了法国的炼铝工业，还和西门子共同设计出世界上第一座炼钢的平炉。父亲的不少朋友是化学家，经常在勒沙特列家中畅谈各种化学理论或化学工业的问题，耳目濡染，他自小就对各类化学问题感兴趣，对化学工业尤甚。

1869年，勒沙特列进入巴黎工业大学学习。在这之前，发生了一段关于他的前途问题的小插曲。勒沙特列的母亲酷爱艺术，在她的培养下，孩子们对艺术都很感兴趣，1867年参加文学院的入学考试，勒沙特列本可进修艺术专业。但父亲却坚持认为，献身崇高的科学事业才是男子汉的天职，故此又考入了巴黎工业大学。勒沙特列科学基础扎实，学校开设的课程远远不能满足他对知识的渴求，他非常向往独立从事实验研究工作，于是找机会请求父亲的好友德维尔教授允许他利用暑假空余时间在实验室工作，德维尔早看出勒沙特列是未来化学家的好苗子，痛快答应了他的要求。在德维尔的指导下，勒沙特列研究高温下的化学反应，这一经历培养了他的实验技能。

1872年，勒沙特列以优异的成绩大学毕业了，并获得矿业工程师资格。他和哥哥研究了乙炔燃烧的问题。众所周知，乙炔燃烧时，火焰温度极高。他们想到如果把这个性质应用到金属焊接上，肯定会给乙炔的用途带来极为广阔的发展前景。但乙炔是易燃易爆的物质，存贮是个很棘手的问题。兄弟二人为研究攻克这个难题，付出了艰辛的劳动，所谓“兄弟同心，其利断金”，终于研究出一种安全地存贮液态乙炔的技术，并正式提出氧—乙炔焰来焊接和切割金属的发明专利。这一技术至今仍广泛用于金属加工行业。

1876年，勒沙特列受聘荣任矿业学院教授，讲授普通化学和矿物化学。由于他的祖父创办过水泥厂，曾经收集了不同类型的水硬性水泥的样品，所以他最早的研究课题是水泥的主要成份（硅酸钙和铝酸钙）以及水泥在不同条件下（例如在空气、水或海水中）的固化。同时， 也研究那些与水泥类似的制品，如陶瓷和玻璃。虽然勒沙特列研究的重点在化工行业，但他并不忽视理论学习，经常接触高温反应问题，他专门学习了新兴的化学热力学理论，勒沙特列原理正是化学理论和工业生产融合的结晶。

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 勒•沙特列

1882年，法国发生了一系列严重的煤矿事故，政府让矿业学院调查事故发生的原因和提出预防措施。勒沙特列受命解决这些问题，他从着火温度、火焰蔓延的速度以及可燃气体（氢气、甲烷、一氧化碳）与空气的混合物发生爆炸的条件等方面入手，为预防瓦斯爆炸做了大量基础性工作。这类似戴维为矿工研制安全矿灯的情况，就不多说了。

勒沙特列似乎对混凝土、水泥、石膏等建筑材料特别有兴趣。1833年，他发现在水泥的配料中增加氧化铝的含量，可以增强水泥抵抗水浸蚀所致的破坏作用。他又研究过高炉内发生的化学反应。高炉中氧化铁被一氧化碳还原的反应，大多数工程师都认为反应产物是铁和二氧化碳，而分析结果则表明，从炉顶逸出的气体中还存在着相当量的一氧化碳。有些工程师认为产生这种现象的原因是反应物作用得不完全，将高炉加高使反应完全，但事实表明，这种做法根本无济于事，高炉气中一氧化碳的比例没有下降多少。勒•夏特里则认为，这是由于以下的反应是一个可逆反应：

而氧化铁恰恰就是这一正向反应的催化剂，因而高炉气中存在一定比例的一氧化碳是不可避免的。

勒沙特列研究的课题，建筑材料的固化、高温反应等都是典型的可逆反应，反应过程必须达到平衡状态，而达到平衡状态的时间比较长，缩短反应达到平衡的时间，使反应按照生产者的意志，朝着有利于产品的方向发展，这对提高化学工业的效益有重要意义。

勒特沙列和他的助手们从大量的实验中发现了一个不寻常的实验现象：氯化铝发生热分解的反应速度随着温度的不断升高而逐渐增大，又知道这是一个吸热反应，显然热量可以促进这个分解过程的进行。于是有了一个结论：提高温度利于吸热反应的进行；反之降低温度利于放热反应的进行。（注：实际上这个推论是不严谨的，提高问题是增加了活化能，分子碰撞的机会增加，反应速率将增大，是缩短了反应达到平衡的时间，与反应是吸热还是放热并无多大的联系。）

下面这个实验倒是可以证明提高温度利于化学平衡向吸热方向移动。在三只烧杯中分别加入冰水混合物，常温下的水（25℃）和开水（﹥90℃），然后把三只充满二氧化氮（红棕色）和四氧化二氮（无色）混合气体的烧瓶依次放进这三只烧杯，可以看到这三只烧瓶中的气体分别呈现无色、较浅的红棕色和较深的红棕色。二氧化氮转变为四氧化二氮是一放热反应：

          2 NO₂  N₂O₄ + 13.6 KJ

实验中，放在冰水混合物中的烧瓶，反应温度下降，已达平衡向放热方向移动，NO₂减少，N₂O₄增加，烧瓶中的混合气体趋向于无色。放在开水中的烧瓶，温度升高，NO₂增加，N₂O₄减少，烧瓶中的混合气体趋向于较深的红棕色。

    正在勒沙特列研究温度对化学平衡的影响时，范霍夫从理论上推导出动态平衡原：当体系的温度升高时，平衡向温度降低的方向移动，这对勒•夏特里的研究有莫大帮助。接着，勒沙特列研究了压力对化学平衡的影响，结论与温度的影响类似。1884年，他总结出化学平衡移动原理：

任何稳定化学平衡系统承受外力的影响，无论整体地还是仅仅部分地导致其温度或压缩度(压强、浓度、单位体积的分子数) 发生改变,若它们单独发生的话,系统将只作内在的纠正，使温度或压缩度发生变化，该变化与外力引起的改变是相反的。

这段话是从勒沙特列发表的论文的英文版翻译来的，不少教科书简述为：改变影响平衡的一个条件（温度、压力等），平衡向趋向减弱这种改变的方向移动。

鉴于研究温度对化学平衡的影响，勒沙特列急需能够准确测量高温的温度计，当时所用的测量高温的仪器例如气体测温计在超过500℃时就不准确了；金属导体的电阻是随着温度的逐渐升高而慢慢变大的。他想用高熔点的金属丝的电阻随温度变化的效应来测量温度，其原理是：将两种金属组成的闭合线路加热时，回路中会产生电流，电流的大小与两个联结点的温差成比例。如果我们将一个人联结点放入欲测量温度的物体中，另一个联结点保持在已知的温度中，那么前者的温度就可以根据所测到的电流计算出来。经过试验，他采用铂和铂-铑合金热电偶测量高温，得出了准确的重复性好的结果。他还利用萘和硫的沸点以及金属锑、银、铜、金、钯的熔点作为校正热电偶的基准。他创造的这些方法至今仍为实验室普遍采用。

1900年，勒沙特列研究氮气和氢气直接合成氨的反应，可以算是研究合成氨反应的先驱。可惜的是，氮气和氢气的混合物中含有少量空气，在实验过程中发生了爆炸。在没有查明产生事故的原因的情况下，勒•夏特里放弃了这项研究。一直到1905年，才由德国化学家哈伯解决了氮气和氢气直接合成氨的问题。

    勒沙特列始终围绕工业生产的需要而开展研究，他发明了金相显微镜，使人类有史以来第一次能够在显微镜下观察到金属表面的细微结构。他观察到钢液在冷却时会产生两个相——铁和碳化铁，降低钢的硬度。淬火（骤然冷却）能够阻止这种变化，使钢保持足够的硬度，这个貌似中国在南北朝就知道了。其著述《高温测量》、《冶金学导论》为他在化学工业界赢得了崇高的声誉，勒沙特列曾担任法国国家科学技术局、爆破委员会、度量衡标准局等部门的特别顾问。他总结的化学平衡移动原理对工业生产的意义无论怎样强调也不为过，工业生产效率因此大幅提升。

勒沙特列晚年致力于智力和道德教育，他的最后一篇论文的题目就是《道德和人类》。其中有一段话：“我希望,我们不要过于欺骗我们自己,如果人类值得继续庆幸在19 世纪发展了实验科学和大规模的工业生产,到20 世纪里,应当为理解社会问题和公正的爱做出杰出贡献。”这一美好愿望只能靠全人类的良知而不是尔虞我诈,靠全人类的努力而不是强取豪夺,才有可能实现。

1936年9月17日，勒沙特列驾鹤西去，享年85岁。他成功地实现了自己的诺言：“科学应当为人类服务，科学的一切成就都应促进工业和技术的发展。”

勒沙特列原理是一个热力学原理。它指出:若维持化学平衡状态的因素发生改变,化学平衡遭到破坏,平衡移动的热力学趋向是：系统会自发地趋向于减弱外来的影响。可列表归纳如下：

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应用这一原理需注意几个问题：

    第一，勒沙特列原理对达成化学平衡状态的系统才是有效的,若系统没有达成化学平衡状态，则不适用。

第二，勒沙特列原理对维持化学平衡状态的因素的改变才是有效的，若改变的不是维持化学平衡状态的因素，无效。例如，对于化学平衡

CO(g) + H₂O(g)  CO₂ (g) + H₂ (g)

如果改变系统的总压,不会引起平衡移动,因为总压不是维持这一平衡状态的因素。同样,若改变催化剂的用量或组成,也不会引起平衡移动,因为催化剂也不是维持化学平衡的因素。

第三，化学平衡是动态平衡，正逆反应在平衡状态下以相等的反应速率进行。原理还适用相平衡(如水蒸气和冰的平衡) 、溶解平衡（如溶洞的形成，食盐晶体与其饱和溶液之间的平衡）等物质状态相互转化的平衡。

第四，勒沙特列原理不涉及动力学因素。以氮氢合成氨为例，这是放热反应，降低温度有利于平衡向合成氨的方向移动，而勒沙特列没找到合成氨的最佳条件。倒是德国化学家哈伯反其道行之，却找到了工业合成氨的适宜条件。勒沙特列原理预言了降低温度可提高合成氨的热力学理论产率，但不能预言要经历多长时间才能达到这种较高的产率，即不能预言反应速率以及达到化学平衡的具体过程，这是化学动力学要回答的问题，也是即将要详谈的课题。