Chemisch evenwicht (5p) - Dynamisch evenwicht - PDF

Chemisch evenwicht (5p) ======================= Dynamisch evenwicht ------------------- ### Vrije energie -en concentratieverandering ***[Aflopende reacties]*** - [gaan spontaan] door [tot het limiterend reagens is opgebruikt] - I/d reactievergelijking geeft men dit weer met de reactiep...

Chemisch evenwicht (5p) ======================= Dynamisch evenwicht ------------------- ### Vrije energie -en concentratieverandering ***[Aflopende reacties]*** - [gaan spontaan] door [tot het limiterend reagens is opgebruikt] - I/d reactievergelijking geeft men dit weer met de reactiepijl '→' - De vrije energie is tijdens de omzetting van reagentia in reactieproducten steeds neg ***[Evenwichtsreacties]*** - Zijn reacties waarbij zowel de reagentia als reactieproducten blijvend aanwezig blijven - Zo'n reacties zijn [omkeerbaar]: op het moment dat reactieproducten worden gevormd, worden ze terug omgezet i/d reagentia - I/d reactievergelijking geeft men dit weer met de reactiepijl ⇌ - Aangezien beide processen in deze omstandigheden spontaan verlopen is de verandering in vrije energie in beide gevallen negatief ***[Dynamisch evenwicht]*** - Er ontstaat een minimum aan vrije energie bij een bepaalde verhouding aan reagentia en reactieproducten - Daarna zou een verandering in conc aan reagentia en reactieproducten steeds leiden a/e pos waarde voor ∆G - Een pos waarde voor ∆G = reactie niet spontaan dus na het bereiken van die verhouding zullen de conc v/d 2 niet meer veranderen = dynamisch evenwicht - = per tijdseenheid ontstaan er evenveel 'reagentia' en 'reactieproducten' als er verdwijnen - De samenstelling v/h evenwichtsmengsel is onafh v/d richting waarlangs het evenwicht bereikt is - *Voorbeeld: Voor de reactie N~2~O~4~ ⇌ 2 NO~2~ brengt men in een vat enkel 0,05 M N~2~O~4~. Het verloop van de concentraties wordt in de linker figuur weergegeven. Hierbij ziet men dat de concentratie aan N~2~O~4~ afneemt en deze aan NO~2~ toeneemt tot er een dynamische evenwichtstoestand bereikt is.\ In een tweede vat wordt bij eenzelfde temperatuur enkel 0,10 NO~2~ gebracht. Het verloop van de concentraties wordt in de rechter figuur weergegeven. Hierbij ziet men dat de concentratie aan NO~2~ afneemt en deze aan N~2~O~4~ toeneemt tot er een dynamische evenwichtstoestand bereikt is.\ In beide gevallen bedraagt de evenwichtsconcentratie 0,042 M voor N~2~O~4~ en 0,016 M voor NO~2~* - Bij het bereiken van het evenwicht is de snelheid van de heen- en de terugreactie gelijk ### Aanwezigheid van een katalysator Een positieve katalysator verlaagt de activeringsenergie, daarmee zorgt die voor de verhoging v/d reactiesnelheid zowel voor de heen als de terugreactie - Dus de toestand van dynamisch evenwicht is sneller bereikt - Die heeft wel [geen invl op de concentraties], enkel op de snelheid dus del liggen v/h evenwicht w niet beinvl *Voorbeeld: Voor de reactie N~2~ + 3 H~2~ ⇌ 2 NH~3~ wordt het evenwicht sneller bereikt door het toevoegen van een positieve katalysator. De evenwichtsconcentraties van diwaterstof, distikstof en ammoniak zijn hetzelfde.*  Omzettingsgraad en rendement ---------------------------- ***[omzettingsgraad]*** α = geeft de verhouding weer tss het weggereageerde stofhoeveelheid v/h limiterend reagens en je totale beginhoeveelheid van dat limiterend reagens - α= [\$\\frac{\\text{\\ weggerageerde\\ stof}}{\\text{beginhoeveelhied}}\$]{.math.inline}= [\$\\frac{\\text{Δn}}{n0}\$]{.math.inline} - 0 ≤ α ≤ 1 - α = 0: geen reactie - 0 \< α \< 1: evenwichtsreactie - α = 1: aflopende reactie ***[Rendement]***= procentuele weergave van α α\*100 Reactiequotïent en evenwichtsconstante -------------------------------------- ***[Reactiequotiënt]*** Q= de verhouding v/h product v/d (conc) reactieproducten tot het product v/d (conc) reagentia - Met de coefficienten = de machten - Dus: Q = [\$\\frac{{\\lbrack C\\rbrack}\_{t}\^{c}\\text{\\.\\ \\ }{\\lbrack D\\rbrack}\_{t}\^{d}}{{\\lbrack A\\rbrack}\_{t}\^{a}\\text{\\.\\ \\ }{\\lbrack B\\rbrack}\_{t}\^{b}}\$]{.math.inline} voor een reactie: aA+bB ⇌ cC+dD - \[ \]~t~ de molaire concentratie van de stof op tijdstip t - En Q uitgedrukt in M^x^ - Met x=(c+d)−(a+b) ***[Evenwichtsconstante]*** K= de verhouding v/h product v/d ([evenwichtsconc]) reactieproducten tot het product v/d ([evenwichtsconc]) reagentia coeff = machten - K = [\$\\frac{{\\lbrack C\\rbrack}\_{e}\^{c}\\text{\\.\\ \\ }{\\lbrack D\\rbrack}\_{e}\^{d}}{{\\lbrack A\\rbrack}\_{e}\^{a}\\text{\\.\\ \\ }{\\lbrack B\\rbrack}\_{e}\^{b}}\$]{.math.inline} voor een reactie: aA+bB ⇌ cC+dD - \[ \]~e~ de molaire concentratie van de stof bij evenwicht - K uitgedrukt in M^x^ (meestal geen eenheid vermeld bij K) - Met x=(c+d)−(a+b) - De waarde is temperatuursafhankelijk Grote vss tss Q en K: - (K): Kan alleen berekend worden met evenwichtsconcentraties (concentraties bij evenwicht). - (Q): Kan op elk moment berekend worden, ook als het systeem nog niet in evenwicht is. Als je K kent en ook de beginconcentraties van de stoffen, kun je de evenwichtsconcentraties bepalen - Hiervoor moet je een stoichiometrische berekening doen, waarbij je een onbekende (meestal de verandering in concentratie) moet invoeren om het op te lossen Oplosbaarheid en oplosbaarheidsproduct -------------------------------------- ***[Oplosbaarheid]*** S= de maximale hvlhd v/e stof die kan oplossen of de concentratie v/e stof i/e verzadigde oplossing - Brengt men meer stof i/d opl, dan ontstaat er een dynamisch evenwicht tss de neerslag e/d ionen in verzadigde opl - Een verzadigde oplossing betekent dat een oplossing de maximale hoeveelheid van een opgeloste stof bevat die bij een gegeven temperatuur en druk in het oplosmiddel kan worden opgelost: dus als je meer toeveogd zal het niet meer verder oplossen ***[Oplosbaarheidproduct]*** K~S~ v/e slecht oplosbaar elektrolyt= het getal v/h product v/d ionenconcentratie i/e verzadigde oplossing - Hierbij moet elke concentratieterm verheven worden tot een macht waarvan de exponent gelijk is a/d coëfficiënt i/d dissociatievergelijking - Vgl AaBb ⇌ a A^b+^ + b B^a-^ met alle stoffen= homogeen - K~S~ = \[A^b+^[\]~*e*~^*a*^]{.math.inline}. \[B^a-^[\]~*e*~^*b*^]{.math.inline} uitgedrukt in M^x^ en \[ \]~e~ de molaire concentratie van de stof bij evenwicht Verstoring van een dynamisch evenwicht -------------------------------------- [Wet van Le Chatelier] stelt dat een invl van buitenaf, de ligging v/h evenwicht zodanig beïnvloed dat het systeem die invloed gedeeltelijk wegwerkt ### Concentratieverandering van één van de aanwezige stoffen Als men de concentratie van 1 v/d [reagentia] of 1 v/s [reactieproducten] wijzigt dan beïnvloed men de kans op effectieve botsingen Er ontstaat een [nieuwe evenwichtstoestand] met [andere evenwichtsconcentraties] [Vermindert] men de concentratie van 1 v/d stoffen, dan [verlaagt] de kans op effectieve botsingen - Het evenwicht verschuift naar de kant waar de stof zich bevindt [Vermeerdert] men de concentratie van 1 v/d stoffen, dan [verhoogt] de kans op effectieve botsingen - Het evenwicht verschuift naar de tegenovergestelde kant A diagram of a graph Description automatically generated ### Concentratieverandering van alle aanwezige stoffen Wanneer de concentratie van alle aanwezige stoffen [daalt], verlaagt de kans op effectieve botsingen - Het evenwicht verschuift naar [de kant waar de som van de coëfficiënten het grootst] is - Een concentratiedaling verkrijgt men bij oplossingen door te verdunnen en bij gassen door de druk te verlagen Wanneer de concentratie van alle aanwezige stoffen [stijgt], stijgt de kans op effectieve botsingen - Het evenwicht verschuift naar de [kant waar de som van de coëfficiënten het kleinst] is - Een concentratiestijging verkrijgt men bij oplossingen door in te dampen en bij gassen door de druk te verhogen Indien de som v/d coëfficiënten v/d reagentia en reactieproducten gelijk is, heeft een concentratieverandering van alle stoffen geen invloed op de ligging van het evenwicht *Voorbeeld: Voor de reactie N~2~ + 3 H~2~ ⇌ 2 NH~3~ bevinden de stoffen zich vanaf tijdstip t~e1~ in een evenwichtstoestand. Op tijdstip t~1~ verdubbelt men de druk in het reactievat. Hierdoor halveert het volume en verdubbelt de concentratie van de aanwezige stoffen. De evenwichtstoestand wordt hierdoor verstoord. Door de concentratiestijging van alle aanwezige stoffen zal het evenwicht verschuiven naar de kant waar de som van coëfficiënten het kleinst is, in dit geval naar rechts zoals weergegeven in figuur 56.* *\ Figuur* *61: (boven) De concentratieveranderingen voor en na het verhogen van de druk op het reactievat bij de synthesereactie van ammoniak. (onder) De aanwezige moleculen voor en na het verhogen van de druk op het reactievat bij de synthesereactie van ammoniak.* ### Temperatuursverandering Wanneer de temperatuur verandert, verandert de getalwaarde v/d evenwichtsconstante De evenwichtsconcentraties van reagentia en reactieproducten veranderen - Bij een [temperatuursverhoging] verschuift het evenwicht naar de [endotherme] kant - Bij een [temperatuursdaling] verschuift het evenwicht naar de [exotherme] kant *Voorbeeld: Voor de evenwichtsreactie N~2~ + 3 H~2~ ⇌ 2 NH~3~ is de heenreactie exotherm;\ N~2~ + 3 H~2~ → 2 NH~3~ ∆H = - 46,44 kJ/mol. De terugreactie 2 NH~3~ → N~2~ + 3 H~2~ is bijgevolg endotherm; ∆H = + 46,44 kJ/mol.\ Een temperatuursverhoging bevordert de terugreactie, het evenwicht verschuift naar links. Er komt minder warmte vrij. Het rendement daalt*