H6.2 Evenwichtsvoorwaarden

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Evenwichten

*uitleg evenwichten

* uitleg ligging van een evenwicht

* uitleg evenwicht aflopend maken

* uitleg evenwichtsvoorwaarde

Tussendoor komen vragen

Inleiding

Hiernaast zie je vijf gesloten buizen. Alle buizen bevatten een mengsel van twee gassen, een bruin gas (NO₂) en een kleurloos gas (N₂O₄).

Door de temperatuur te veranderen, verandert de kleur van de buizen. Toch kan er geen gas in of uit. Hoe kan dit?

Proef 1

We plaatsen de bruine buis van 20°C in een bak met water van 80°C. De buis is gesloten, er kan geen stof in of uit. De buis wordt donkerder van kleur.

Hoe kun je deze verkleuring verklaren?

1. door de warmte zetten de moleculen uit
2. door de warmte bewegen de moleculen sneller
3. door de warmte wordt het kleurloze gas omgezet in het bruine gas
4. door de warmte zitten de moleculen meer aan de buitenkant van de buis

Proef 2

• We nemen dezelfde buis van 20°C, maar zetten deze nu in een bak met ijswater.
• Er kan nog steeds geen gas de buis in of uit.
• De buis wordt lichter van kleur. 

Hoe kun je dit resultaat verklaren?

1. bij lagere temperatuur worden de moleculen lichter van kleur
2. bij lagere temperatuur wordt bruin gas omgezet in kleurloos gas
3. bij lagere temperatuur bewegen de moleculen langzamer
4. bij lagere temperatuur kunnen de moleculen door het glas naar buiten

proef 3

Twee buizen met dezelfde kleur worden bij 0°C en 80°C geplaatst. Ze worden kleurloos en heel donker. Daarna worden deze buizen tegelijk in dezelfde bak bij 20°C geplaatst.

Welke kleur krijgen de beide buizen bij 20°C?

1. dezelfde kleur
2. de lichte buis zal iets lichter blijven
3. dat kun je niet weten
4. de donkere buis zal iets donkerder blijven

Resultaat

• De buizen worden dezelfde temperatuur, dus na een tijdje krijgen ze ook weer dezelfde kleur. 
  
  
• De kleur van de buizen kan dus steeds opnieuw veranderen, als je de temperatuur verandert. De reactie kan allebei de kanten op verlopen
  

Waarom denk je dat deze reactie stopt?

1. de beginstof (= het bruine gas) is op
2. de deeltjes botsen niet meer op elkaar
3. de deeltjes botsen niet meer effectief
4. geen van deze verklaringen is juist

Vervolg 

Er vindt een evenwichtsreactie plaats:

De reactie van links naar rechts en de reactie van rechts naar links verlopen onder vergelijkbare omstandigheden.

Temperatuurverandering

Bij een temperatuurstijging verschuift het evenwicht naar de endotherme kant.

 

Bij een temperatuurdaling verschuift het evenwicht naar de exotherme kant.

2 NO2  ⇄ N2O4

• S1 geeft snelheid van de heengaande reactie weer.
  
• S2 geeft snelheid van de teruggaande reactie weer.
  
• Op t2 is het evenwicht ingesteld. Dit noemen we de insteltijd.
  

Concentratieverandering

CaCO​3(s)​​⇆CaO​(s)​​+CO​2(g)​​

H​2​​O​(l)​​⇆H​2​​O​(g)​​

Volumeverandering

Als het volume wordt verkleind, verschuift het evenwicht naar de kant van het kleinste aantal deeltjes.

Voor een evenwichtsreactie geldt dat er 2 reacties:

1. elkaars tegenovergestelde moeten zijn
2. tegelijk verlopen
3. met dezelfde snelheid verlopen
4. alle drie aspecten zijn waar

Als zich een evenwicht heeft ingesteld dan:

1. zijn de reactiesnelheden heen en terug even groot
2. is de hoeveelheid beginstof gelijk aan de hoeveelheid product
3. verloopt er geen reactie meer
4. alle 3 aspecten zijn waar

Het chemisch evenwicht

Voorwaarden:

• De chemische reactie is omkeerbaar
  
• De omkeerbare reacties vinden plaats in 1 afgesloten reactievat
  

Na een tijdje verandert er op macro-niveau niets meer: we hebben een dynamisch evenwicht

Dit is net als de rij bij de kassa: 

de rij is even lang maar de mensen veranderen

Op micro-niveau verandert er dus wel wat!

Kernpunten

Een chemisch evenwicht is een dynamisch evenwicht. Daarvoor geldt:

A (aq) ⇆ B (aq)

1. De snelheid waarmee B wordt gevormd is even groot als de snelheid waarmee B verdwijnt
   
2. Er is altijd stof A en stof B aanwezig
   
3. De concentraties van stof A en stof B veranderen niet
   

Bekijk het volgende evenwicht: A (aq) ⇆ B (aq)

Als er veel meer van stof A dan van stof B, dan zeggen we: 

het evenwicht ligt links.

Als door een temperatuursverandering  er meer B is ontstaan , en dus iets minder A, ligt dan het evenwicht rechts?

Stel dat in de evenwichtssituatie:

                                                        A (aq)      ⇆      B (aq)

Tijdens evenwicht:             10 mol A    en         2 mol B

verandering:                           -2 mol A   en         dan dus + 2 mol B

Nieuwe evenwicht:       8 mol A   en         4 mol B

Ligt het evenwicht nu links of rechts?   

 

A (aq) ⇆ B (aq)

Als er minder A is ontstaan, en meer B,

mag je wel zeggen: het evenwicht is naar de rechterkant geschoven, maar je weet niet of het echt rechts ligt. 

Stel er is een volgend evenwicht:

A + B ⇆ 2 C

*  Wat gebeurt er dan als je een beetje van stof A weghaalt?

     =>Doordat de reactie naar rechts minder goed zal verlopen,          reageert er meer C tot A+B.

* Als ik alle stof A weghaal, dan kan de reactie naar rechts niet     

   meer verlopen, en de reactie naar links wel, dus zal er na een

   tijd geen C meer zijn, en nog wel stof B 

A +B   ⇆ 2C 

Als, door het wegnemen van een stof, het evenwicht gaat verschuiven, dan zeggen we: het evenwicht is aflopend gemaakt.

Onthoud: Het evenwicht loopt af naar de kant waar een deeltje wordt weggenomen. 

Evenwicht: 2A +B ⇆ C + 2D
Als ik dit evenwicht aflopend wil maken naar rechts dan kan ik:

1. stof A weghalen
2. stof B weghalen
3. stof C weghalen
4. er zijn meerdere antwoorden goed

Uitleg Concentratie-breuk en evenwichtsvoorwaarde

A + B ⇆ 2C 

Er blijkt dat evenwichten zich steeds op een bepaalde manier instellen volgens een vaste formule (zie binas tabel 37B):

 

De waarde van deze concentratie-breuk, hangt alleen af van de temperatuur. 

K=Q=​[A]⋅[B]​​[C]⋅[C]​​

A + B ⇆ 2C 

Als ik een foto maak, op een willekeurig moment, en ik weet op dat moment alle concentraties, dan kan ik de waarde van de concentratie-breuk uitrekenen. 

Maar ik weet pas of er evenwicht is, als ik daarna een tijdje wacht, en ik maak weer een foto, en als de hoeveelheden dan niet veranderd zijn, is er evenwicht. Dan heeft de concentratiebreuk een waarde K (die ligt vast bij een temperatuur, en kan ik dus in een tabel vinden, zie bijv: binas 49). 

Evenwichtsvoorwaarde:

Als de waarde van de concentratie-breuk gelijk is aan K,

dan weet je dat er een evenwicht is ingesteld. 

Geef de concentratie-breuk van dit evenwicht

(gebruik evt tabel 37B).

N​2​​+3H​2​​⇆2NH​3​​

Als het evenwicht is ingesteld verandert de evenwichtsconstante K niet meer

• Let  op:
• 
  
• Concentratiebreuk: gaat over  concentraties    
• alleen (aq) en (g) komen terug in deze breuk
  
• Bij (l) en (s) vul je het getal 1 in (maar die kan je vaak weglaten)

Oefen met het opstellen van de evenwichtsvoorwaarde

Noteer van de volgende reacties de evenwichtsvoorwaarde:

a.

b.

c.

d.

de antwoorden staan op de volgende slide

Evenwichtsvoorwaarde:

a.

b. 

c.

d.

Rekenen aan evenwichten

	NO 2	N 2 O 4
B(egin)	7,50	0
O(mzetting)	-1,77	+0,855
E(venwicht)	5,73	0,855

Rekenen aan evenwichten

Als je 7,50 mol NO₂ (g) in een reactievat van 10,0 dm³, dan zal zich een evenwicht vormen.

Als het evenwicht zich heeft gevormd dan is 23,6% van de NO₂ omgezet in N₂O₄.

Bereken de hoeveelheden en concentraties bij evenwicht.

2 NO​2​​(g)⇆N​2​​O​4​​(g)

[NO₂] = 5,73/10,0 = 0,573 M

[N₂O₄] = 0,855/10,0 = 0,0855 M

Zelf oefenen

In een vat van 5,0 L brengt men 0,60 mol 

stikstof en 1,60 mol waterstof. Bij evenwicht

blijkt er 0,70 mol ammoniak te zijn gevormd.

Bereken de concentraties (in mol/L) van

alle stoffen bij evenwicht.

Bereken daarna de evenwichtsconstante

Werk de opgave uit op papier.