De coëfficiënten in een reactievergelijking zijn essentieel voor het correct bepalen van de reactiesnelheid. Ze geven de stoichiometrische verhouding aan waarin stoffen verdwijnen (beginstoffen) of ontstaan (reactieproducten). Door rekening te houden met deze coëfficiënten, kun je de reactiesnelheid van de hele reactie bepalen, ongeacht welke specifieke stof je meet.
1. De algemene formule voor reactiesnelheid met coëfficiënten
De gemiddelde reactiesnelheid (v) van een chemische reactie wordt uitgedrukt als de verandering in concentratie (Δ[stof]) van een bepaalde stof per verandering in tijd (Δt).
Voor een algemene reactie:
aA+bB→cC+dD
Hierin zijn a,b,c, en d de stoichiometrische coëfficiënten van de stoffen A, B, C en D.
De reactiesnelheid (v) kan dan worden uitgedrukt in termen van elk van de reagerende stoffen:
v=−a1ΔtΔ[A]=−b1ΔtΔ[B]=c1ΔtΔ[C]=d1ΔtΔ[D]
2. Belangrijke aandachtspunten bij het gebruik van coëfficiënten:
- Minteken voor beginstoffen:
- Beginstoffen (reactanten, zoals A en B in het voorbeeld) staan aan de linkerkant van de reactiepijl. Hun concentratie neemt af naarmate de reactie vordert.
- De reactiesnelheid is per definitie altijd een positieve waarde. Om dit te garanderen, plaats je een minteken voor de term van de beginstof. De verandering in concentratie (Δ[stof]) van een beginstof is namelijk negatief (Ceind−Cbegin is negatief), en door dit te vermenigvuldigen met een minteken wordt de totale term positief.
- Geen minteken voor reactieproducten:
- Reactieproducten (zoals C en D in het voorbeeld) staan aan de rechterkant van de reactiepijl. Hun concentratie neemt toe naarmate de reactie vordert.
- De verandering in concentratie (Δ[stof]) van een product is positief, dus er is geen minteken nodig.
- Delen door de coëfficiënt:
- De gemeten verandering in concentratie per tijdseenheid (ΔtΔ[stof]) wordt gedeeld door de stoichiometrische coëfficiënt van die specifieke stof. Dit zorgt ervoor dat de berekende reactiesnelheid consistent is, ongeacht welke stof je gebruikt om de snelheid te meten.
3. Voorbeelden van toepassing
Voorbeeld 1: Verbranding van propaan
Stel, je hebt de reactievergelijking voor de volledige verbranding van propaan:
C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l)
Als je de gemiddelde reactiesnelheid wilt bepalen aan de hand van de vorming van CO2(g):
- CO2 is een reactieproduct, dus er komt geen minteken voor de term.
- De coëfficiënt van CO2 in de reactievergelijking is 3.
- De formule voor de gemiddelde reactiesnelheid, uitgedrukt in de vorming van CO2, wordt dan:
v=31⋅ΔtΔ[CO2]
Voorbeeld 2: Fotosynthese
Stel, je hebt de reactievergelijking voor fotosynthese:
6CO2(g)+6H2O(l)→C6H12O6(s)+6O2(g)
Als je de gemiddelde reactiesnelheid wilt bepalen aan de hand van de opname van CO2(g):
- CO2 is een beginstof, dus er komt een minteken voor de term.
- De coëfficiënt van CO2 in de reactievergelijking is 6.
- De formule voor de gemiddelde reactiesnelheid, uitgedrukt in de opname van CO2, wordt dan:
v=−61⋅ΔtΔ[CO2]
4. Rekenvoorbeeld: Reactiesnelheid van kleurstof X
De reactievergelijking is: 2X(s)→Y(l).
De concentratie van stof X neemt af van 3,4×10−5 mol L−1 op t=0 minuten naar 1,72×10−5 mol L−1 op t=2 minuten. Bereken de gemiddelde reactiesnelheid in mol L−1 s−1 gedurende de eerste 2 minuten.
-
Bereken de verandering in concentratie van X (Δ[X]):
Δ[X]=[X]eind−[X]begin=(1,72×10−5 mol L−1)−(3,4×10−5 mol L−1)=−1,68×10−5 mol L−1
(De negatieve waarde is correct, want de concentratie van beginstof X neemt af.)
-
Bereken de verandering in tijd (Δt) in seconden:
Δt=teind−tbegin=2 minuten−0 minuten=2 minuten=2×60 s=120 s
-
Identificeer de coëfficiënt van X:
In de reactievergelijking 2X(s)→Y(l) is de coëfficiënt van X gelijk aan 2.
-
Pas de formule toe met minteken en coëfficiënt:
Omdat X een beginstof is, gebruiken we een minteken. We delen door de coëfficiënt 2.
v=−21⋅ΔtΔ[X]
v=−21⋅120 s−1,68×10−5 mol L−1
v=−21⋅(−1,4×10−7 mol L−1 s−1)
v=7,0×10−8 mol L−1 s−1
De gemiddelde reactiesnelheid gedurende de eerste 2 minuten is 7,0×10−8 mol L−1 s−1.
Scheikunde