Принципот на Ле Шателје во секојдневниот живот

Дискусиите за хемиската рамнотежа имаат тенденција да бидат прилично апстрактни за учениците и студентите, онака како што илустрираат учебниците и научната литература за константатана рамнотежа и принципот на Ле Шателје. Но ако загребеме подлабоко во проблематиката и размислиме подобро ќе видиме дека резултатите од хемиската рамнотежа може да се видат во процесите кои го вклучуваат здравјето на луѓето па и опстанокот на планетава.

Пример, ладењето на храната со фрижидери, заедно со средствата за зачувување на храната кои не вклучуваат промени во температурата, одржува хемиска рамнотежа во храната и со тоа го спречува или барем го забавува расипувањето. Уште поважно е одржувањето на рамнотежа во реакциите помеѓу хемоглобинот и кислородот во човечката крв или пак, рамнотежата во светските океани (ќе видиме во следната статија).

Хемоглобин и кислород

Хемоглобинот, протеин кој содржи железо, е супстанца во црвените крвни зрнца одговорна за транспорт на кислород до клетките. На секоја молекула на хемоглобин се прикачуваат четири молекули на кислород, а условите за рамнотежа на интеракцијата хемоглобин-кислород може да се изразат вака:

Hb(aq) + 4O₂(g) ⇋Hb(O₂)₄ (aq) ,

кадешто „Hb“ е кратенка за хемоглобинот. Сè додека има доволно кислород во воздухот, се одржува здрава рамнотежа; но на големи надморски височини се случуваат значителни промени.

Таму, воздушниот притисок се намалува, а со тоа е потешко да се добие кислородот што е потребен. Резултатот, во согласност со принципот на Ле Шателје, е поместување на рамнотежата налево, подалеку од оксигенираниот хемоглобин. Без соодветно количество кислород што ги снабдува клетките, едно лице има тенденција да се чувствува загрозено по здравјето заради настанатата хипоксија која се манифестира со главоболка, гадење, екстремен замор, кома и на крајот смрт.

Кога некој што не е физички подготвен за промената ќе биде изложен на големи надморски височини, може да биде неопходнода се воведе кислород под притисок од резервоар за кислород. Ова ја поместува рамнотежата на десно. За луѓето родени и израснати на големи надморски височини, (како Шерпасите) сепак, хемијата на телото врши промена на рамнотежата - со производство на повеќе хемоглобин, кој исто така ја поместува рамнотежата на десно.

Внимавајте: некаде ќе сретнете равенка: Hb(aq) + O₂ (aq) ⇋HbO₂ (aq)

Хемоглобинот е протеин кој се наоѓа во црвените крвни зрнца и кој носи кислород од алвеолите до сите ткива. За да го стори тоа, користи специјално координативно соединение, хем:

Хем се состои од јон Fe(II) координиран со порфиринскиот прстен што го опкружува. Секоја хем единица може да координира (оттука, да носи) една молекула O₂. Хемоглобинот е составен од четири подединици во кои има четири хем комплекси, од кои секоја носи O₂ преку реверзибилна рамнотежа:

Hb + O₂⇄ Hb[O₂]

Затоа, вкупната количина на O₂ што ја носи единицата за хемоглобин е:

Hb + 4O₂⇄ Hb[O₂]₄

Една единица хемоглобин носи четири молекули O₂, односно осум атоми O.

Хемоглобин и јаглеродмоноксид

Кога некој е изложен на гасот јаглерод моноксид, се јавува застрашувачка варијација на нормалната интеракција хемоглобин-кислород. Јаглерод моноксидот го „залажува“ хемоглобинот погрешно да го смета за кислород за тоа што тој исто така се поврзува со хемоглобинот во однос еден према четири, а изразот на рамнотежа на тој начин станува:

Hb(aq) + 4CO(g) ⇋Hb(CO)₄ (aq).

Наместо хемоглобин збогатен со кислород, се добива соединение-карбокси хемоглобин, што е уште поцрвено од хемоглобинот. Затоа, еден знак за труење со јаглерод моноксид е зацрвенето (заруменето) лице и кожа.

Врските помеѓу јаглерод моноксид и хемоглобин се околу 300 пати посилни од оние помеѓу хемоглобинот и кислородот, што значи промена на рамнотежата кон десната страна на равенката – страната на карбокси хемоглобинот. Тоа исто така значи дека К_с за реакцијата хемоглобин-јаглерод моноксид е многу поголема отколку за реакцијата хемоглобин-кислород. Поради афинитетот на хемоглобинот за јаглерод моноксид, хемоглобинот става приоритетна врските со јаглерод моноксид, а хемоглобинот што се поврзал со јаглерод моноксид повеќе не е достапен за пренос на кислород.

Јаглерод моноксид во мали количини може да предизвика главоболки и вртоглавица, но поголемите концентрации може да бидат фатални (видете ја статијата СО-тивок убиец). За да се отстранат ефектите на јаглерод моноксидот, мора да се внесе чист кислород во телото. Ќе реагира со карбокси хемоглобинот за да произведе соодветно оксигениран хемоглобин, заедно со јаглерод моноксид:

Hb(CO)₄(aq) + 4O₂(g) ⇋Hb(O₂)₄(aq) + 4CO(g)

Така произведениот гасовит јаглерод моноксид се троши кога лицето издишува.

Одржување на рН на крвта

Јаглеродниот диоксид реагира со водата за да формира слаба киселина H₂CO₃ која би предизвикала пад на pH вредноста на крвта на опасни нивоа доколку не се отстрани навремено бидејќи се излачува од клетките. Ова се постигнува со комбинирање со карбонатниот јон преку реакцијата:

H₂CO₃+CO₃^2-⇌2HCO₃^–

Кој ја поместува рамнотежата на десно од високата локална концентрација на CO₂ во ткивата. Откако јоните на хидроген карбонат (бикарбонат) ќе стигнат до белодробните ткива каде парцијалниот притисокна CO₂ е многу помал, реакцијата се менува и CO₂ се исфрла.

pH не е униформна во сите клетки и ткива на цицачите; дури и во рамките на една клетка, различни оддели можат да имаат многу различни pH вредности. Бикарбонатниот јон циркулира во крвотокот каде што е ворамнотежа со H⁺и OH^-.Во белите дробови, бикарбонатите јони се комбинираат со водороден јон игубат молекула на вода за да се формира јаглероден диоксид, кој се издишува.

HCO₃^-+ H⁺⇌H₂CO₃⇌H₂O+CO₂

Ако дишењето станува пребрзо (хипервентилација) настанува алкалоза.

Јаглерод диоксидот е премногу брзо отстранет од крвта. Ова ја забрзува брзината на деградација на јаглеродна киселина во јаглерод диоксид и вода. Пониското ниво на јаглеродна киселина ја поттикнува комбинацијата на водородни јони и бикарбонатни  јони за да направат повеќе јаглеродна киселина. Крајниот резултат е падот на концентрацијата на  H⁺  при што се  зголемува pH на крвта, што може да резултира со прекумерна ексцитабилност или смрт.

Ако дишењето стане премногу бавно (хиповентилација) расте количеството на јаглерод диоксид, се фаворизира формирањето на киселина, рН  на крвта опаѓа, со придружни здравствени ризици, како што се депресија на централниот нервен систем или смрт (ацидоза).

Кокошките и принципот на Ле Шателjе

Формирањето на лушпата од кокошкините јајца е фасцинантен пример за природен процес на таложење. Лушпата од јајцето е составено од калцит, кристална форма на калциум карбонат (CaCO₃ ). Суровините, Ca²⁺ и CO₃^2–се разнесуваат низ крвта до жлездите. Процесот на калцификација е таложна реакција:

Ca²⁺(aq) + CO₃^2–(aq) ⇌CaCO₃ (s)

Слободните Ca²⁺ јони во крвта се во рамнотежа со калциумовите јони сврзани за протеините. Колку слободни јони се трошат од обвивката на жлездите, исто толку се снабдуваат со дисоцијација на калциумот врзан за протеините. Карбонатните јони, неопходни за формирањето на лушпата од јајцето, се меѓупродукти при метаболизмот.

Јаглеродниот диоксид што се добива во текот на метаболизмот се претвора во јаглеродна киселина (H₂CO₃) со ензимот јаглерод анхидраза. Пилињата не се потат, па за да се оладат, тие збиваат. При збивањето се ослободува повеќе CO₂ од телото на пилето отколку при нормалното дишење. Според Ле Шателјеовиот принцип, ова ќе ја помести рамнотежата CO₂ –H₂CO₃ од десно кон лево, а со тоа ќе ја намали концентрацијата на CO₃^2– јоните во растворот, што резултира со потенка лушпа на јајцето. Еден начин за решавање на овој проблем е на пилињата, кога е топло времето, да им се дава газирана вода. CO₂ растворен во водата преминува во телесните течности на кокошката и ја поместува рамнотежата CO₂ –H₂CO₃ налево или пак да се направат климатизирани простории за да се одржува пониска температура!