Leerdoelen
•Je kunt uitleggen wat een chemisch evenwicht is.
•Je kunt het verschil tussen een homogeen en een heterogeen evenwicht beschrijven.
•Je kunt de evenwichtsvoorwaarden opstellen met behulp van de evenwichtsbreuk.
•Je kunt rekenen aan evenwichtsreacties met een BOE-schema.
Wat is een chemisch evenwicht?
Een chemisch evenwicht treedt op wanneer de heen- en terugreactie van een chemisch proces tegelijkertijd en met dezelfde snelheid verlopen. Dit betekent dat de concentraties van de beginstoffen en reactieproducten constant blijven, hoewel de reacties nog steeds plaatsvinden. Dit wordt een dynamisch evenwicht genoemd, omdat er voortdurend omzetting plaatsvindt, maar de nettoverandering in concentratie nul is.
Hoe noteer je een evenwichtsreactie?
In een evenwichtsreactie worden beginstoffen omgezet in reactieproducten, en reactieproducten worden tegelijkertijd weer omgezet in beginstoffen. Dit wordt genoteerd met een dubbele pijl tussen de beginstoffen en reactieproducten, zoals in de vergelijking:
Wat is de insteltijd van een evenwicht?
Wanneer een evenwichtsreactie start, bijvoorbeeld met alleen beginstoffen, worden er eerst reactieproducten gevormd. Naarmate er meer reactieproducten ontstaan, begint de terugreactie ook plaats te vinden. De insteltijd is de tijd die nodig is vanaf het begin van de reactie totdat de reactiesnelheden van de heen- en terugreactie gelijk zijn en het evenwicht is ingesteld. Op dit punt zijn de concentraties van alle stoffen constant.
Welke soorten evenwichten zijn er?
Er zijn twee hoofdtypes chemische evenwichten, afhankelijk van de fasen waarin de deelnemende stoffen zich bevinden.
Wat is een homogeen evenwicht?
Bij een homogeen evenwicht bevinden alle deelnemende stoffen zich in dezelfde fase. Een voorbeeld hiervan is een reactie waarbij alle stoffen in de gasfase (g) aanwezig zijn.
Voorbeeld:
Wat is een heterogeen evenwicht?
Een heterogeen evenwicht ontstaat wanneer de deelnemende stoffen zich in verschillende fasen bevinden, bijvoorbeeld een combinatie van vaste stoffen (s), vloeistoffen (l), gassen (g) en opgeloste stoffen (aq).
Voorbeeld:
Hoe stel je de evenwichtsvoorwaarde op?
De evenwichtsvoorwaarde beschrijft de relatie tussen de concentraties van de stoffen in evenwicht. Deze voorwaarde wordt uitgedrukt met de evenwichtsbreuk, die bij evenwicht gelijk is aan de evenwichtsconstante (K).
De algemene vorm voor een reactie
Hierbij staan de vierkante haken voor de concentratie in mol per liter (mol/L) van de betreffende stof, en de exponenten (a, b, c, d) zijn de coëfficiënten uit de gebalanceerde reactievergelijking.
Welke stoffen neem je op in de evenwichtsbreuk?
Alleen de concentraties van stoffen die kunnen veranderen, worden opgenomen in de evenwichtsbreuk. Dit zijn stoffen in de gasfase (g) en opgeloste stoffen (aq). Stoffen in de vaste fase (s) en zuivere vloeistoffen (l) worden niet in de evenwichtsbreuk opgenomen, omdat hun concentratie als constant wordt beschouwd.
Voorbeeld voor
Voorbeeld voor C:
Als de ingevulde concentraties de waarde van K opleveren, is er evenwicht. Zo niet, dan is er geen evenwicht bij die specifieke concentraties.
Hoe reken je met evenwichtsreacties?
Om de concentraties van stoffen bij evenwicht te berekenen, wordt vaak een BOE-schema gebruikt, wat staat voor Begin, Omzetting en Evenwicht.
Voorbeeld van een BOE-schema
Stel, we hebben een vat van 1 liter. Aan het begin bevat het
Stof | Begin (mol/L) | Omzetting (mol/L) | Evenwicht (mol/L) |
|---|---|---|---|
0,30 | -0.15 | 0,15 | |
0,20 | -0,15 | 0,05 | |
0 | +0,15 | 0,15 | |
0 | +0,15 | 0,15 |
Uitleg stappen:
1.Begin: Vul de initiële concentraties in. De concentraties van de producten zijn in het begin 0 mol/L.
2.Omzetting: Er is
3.Evenwicht: Vul de overgebleven concentratie van
4.Omzetting (vervolg): Volgens de reactievergelijking is de molverhouding tussen
5.Evenwicht (vervolg): De evenwichtsconcentratie van
6.Omzetting (producten): Volgens de reactievergelijking is de molverhouding tussen
7.Evenwicht (producten): De evenwichtsconcentraties van H2 en CO2 zijn 0 + 0,15 = 0,15 mol/L.
De concentraties bij evenwicht zijn:
Wat zijn specifieke evenwichten?
Naast algemene chemische evenwichten zijn er ook andere dynamische evenwichten, zoals verdelings- en oplosevenwichten.
Wat is een verdelingsevenwicht?
Een verdelingsevenwicht treedt op wanneer een stof zich verdeelt over twee niet-mengbare oplosmiddelen, zoals wasbenzine en water. De stof lost in beide oplosmiddelen op, maar vaak beter in het ene dan in het andere. Er vindt geen chemische reactie plaats. Net als bij chemische evenwichten blijven de concentraties in de twee lagen constant door een dynamisch proces waarbij de stof heen en weer beweegt tussen de oplosmiddelen.
De evenwichtsconstante voor een verdelingsevenwicht (KV) wordt berekend als de verhouding van de concentratie van de stof in het ene oplosmiddel tot de concentratie in het andere oplosmiddel.
Voorbeeld:
Wat is een oplosevenwicht?
Een oplosevenwicht ontstaat wanneer een vast zout, dat slecht oplosbaar is, toch een klein beetje oplost in water. Het evenwicht ligt tussen het vaste zout en de opgeloste ionen. Dit is een heterogeen evenwicht, omdat het vaste zout (s) en de opgeloste ionen (aq) in verschillende fasen zijn.
Voorbeeld:
Calciumfluoride (CaF₂(s)) lost op en valt uiteen in ionen:
De evenwichtsbreuk voor een oplosevenwicht, ook wel het oplosbaarheidsproduct (KS) genoemd, wordt opgesteld door alleen de opgeloste ionen (aq) mee te nemen. De vaste stof (s) wordt niet in de breuk opgenomen.
