V4 H6.4 verstoren chemisch evenwicht

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Verstoring evenwichten

"Hoeveelheden van alle stoffen zijn gelijk in evenwicht."

1. Waar
2. Niet waar

"De reactiesnelheid van de reactie naar rechts en links is gelijk als er chemisch evenwicht is."

1. Waar
2. Niet waar

"Concentraties van alle stoffen zijn gelijk in evenwicht."

1. Waar
2. Niet waar

"Als een reactie het evenwicht heeft bereikt, veranderen de concentraties van de stoffen niet meer."

1. Waar
2. Niet waar

ligging van een evenwicht

Als het evenwicht zich heeft ingesteld, dan veranderen de concentraties van de stoffen niet meer. Als er méér beginstof is dan reactieproduct, dan ligt het evenwicht links.

Als er meer reactieproduct is dan beginstof, dan ligt het evenwicht rechts.

Evenwicht verstoren

Er is evenwicht als de snelheid van de heengaande reactie gelijk is aan de snelheid van de teruggaande reactie (s₁ = s₂)

Factoren die invloed hebben op de reactiesnelheid kunnen daarom invloed hebben op de ligging van een evenwicht

Factoren die evenwicht beïnvloeden

• Temperatuur
• Concentratie

LET OP: Een katalysator verkort de insteltijd van het evenwicht, maar zal de ligging van het evenwicht niet beïnvloeden.

1. temperatuur

Temperatuur heeft invloed op de reactiesnelheid, maar is die invloed even groot voor endotherme als voor exotherme reacties? 

Kijk op de volgende dia nog eens naar het filmpje van de bruine buizen: links het warme water, rechts het ijsbad

0

Filmpje

• Buisje met mengsel van N2O4 en NO2.
• Afhankelijk van de temperatuur, 

verandert de samenstelling van het

mengsel.

• Er vindt een evenwichtsreactie plaats.

Invloed temperatuur

In het warme water gaan beide reacties 

sneller verlopen, maar de reactie waarbij

de bruine stof ontstaat loopt tijdens het

opwarmen sneller dan de reactie waarbij

de bruine stof verdwijnt. Er is dus tijdens

het opwarmen eventjes geen evenwicht meer.

Het evenwicht is verstoord. 

Daardoor wordt de buis tijdens het opwarmen bruiner.

Invloed temperatuur

In het koude water gaan beide reacties 

lanzamer verlopen, maar de reactie waarbij

de bruine stof ontstaat wordt tijdens het

afkoelen veel meer afgeremd dan de reactie waarbij

de bruine stof verdwijnt. Er is dus tijdens

het afkoelen eventjes geen evenwicht meer.

Het evenwicht is verstoord. 

Daardoor wordt de buis tijdens het afkoelen lichter.

invloed temperatuur

Een endotherme reactie neemt energie op uit de omgeving. Deze reactie verloopt beter als de temperatuur in de omgeving hoger is

Een exotherme reactie staat energie af aan de omgeving. Deze reactie verloopt beter als de temperatuur in de omgeving lager is

Als de temperatuur hoger wordt, dan is de endotherme reactie in het voordeel en verschuift de reactie naar de endotherme kant

Als de temperatuur lager wordt, dan is de exotherme reactie in het voordeel en verschuift de reactie naar de exotherme kant

Bij afkoelen wordt de 

buis lichter. De reactie van NO2 (bruin) naar N2O4 (kleurloos) is dus

1. endotherm
2. exotherm

2. concentratie: stof toevoegen

Hoe hoger de concentratie van een stof, hoe hoger de reactiesnelheid. 

Als je aan één kant van het evenwicht een stof toevoegt, dan zal dus één van beide reacties (tijdelijk) sneller verlopen

Als je aan één kant van het evenwicht een stof weghaalt, dan zal dus één van beide reacties (tijdelijk) langzamer verlopen

Voorbeeld 1

de vorming van ammoniak is een evenwichtsreactie:

                                     N2 + 3H2 < = >  2 NH3             

 Wanneer je aan het evenwicht extra N2 toevoegt, gaat de reactie naar rechts sneller verlopen. Het evenwicht is verstoord.

Om weer opnieuw evenwicht te krijgen, moet de concentratie N2 lager worden en omgezet worden in NH3. Het evenwicht verschuift naar rechts

Voorbeeld 2

de vorming van ammoniak is een evenwichtsreactie:

                                     N2 + 3H2 < = >  2 NH3             

 Wanneer je aan het evenwicht extra NH3 toevoegt, gaat de reactie naar links sneller verlopen. Het evenwicht is verstoord.

Om weer opnieuw evenwicht te krijgen, moet de concentratie NH3 lager worden en omgezet worden in N2 en H2. Het evenwicht verschuift naar links

2. concentratie: volume

2 NO (g) + O₂ (g) <=> 2 NO₂ (g)

Bekijk het aantal deeltjes voor en na de pijl

Stel we gaan het samenpersen (volume verkleinen): evenwicht verschuift naar rechts

Stel we gaan het volume vergroten: evenwicht verschuift naar links

2 Cr3+ (aq) + 3 Zn (s) <=> 2 Cr (s) + 3 Zn2+(aq)
Bij volume vergroten (verdunnen) verschuift het evenwicht naar...

1. Rechts
2. Links

concentratie heeft invloed op de ligging van het evenwicht:

1. stof toevoegen voor de pijl = evenwicht schuift naar rechts

2. stof toevoegen na de pijl = evenwicht schuift naar links

3. volume verkleinen = evenwicht schuift naar minste deeltjes

4. volume vergroten = evenwicht schuift naar meeste deeltjes

Wat gebeurt er met het evenwicht als stof C en/of D wordt verwijderd uit het reactiemengsel?

A + B <--> C + D

1. Er gebeurt niets
2. Het evenwicht verschuift naar links
3. Het evenwicht verschuift naar rechts

Hoe maak je een evenwicht aflopend?

Je kunt een evenwicht net zo lang verstoren tot het een aflopende reactie wordt. Welke verstoring moet je dan aanbrengen? 

We zetten de kenmerken van beide soorten reacties eerst eens overzichtelijk naast elkaar.

Aflopende reacties

A + B -> C + D

• Reactie in 1 richting.
• Enkele reactiepijl.
• Niet omkeerbare reactie, bijv. verbranding van een kaars.

Evenwichtsreacties

A + B           C + D

• Heen- en teruggaande reactie tegelijkertijd (dynamisch).
• Dubbele reactiepijl.


• Reactie is omkeerbaar.

Aflopend maken van een evenwicht

Als je een evenwicht aflopend wilt maken naar rechts, moet je zorgen dat de reactie naar links niet meer kan verlopen. Dat doe je door één van de stoffen die nodig zijn voor de reactie naar links weg te halen uit het reactiemengsel. Als je dit voortdurend doet, wordt het evenwicht een aflopende reactie naar rechts.

Toepassing verstoren evenwicht

De vorming van ammoniak uit waterstof en stikstof is een evenwichtsreactie. Om zoveel mogelijk ammoniak te produceren, kan een fabrikant ervoor kiezen om:

1. temperatuur te verhogen 

2. extra veel stikstof of waterstof toe te voegen 

3. ammoniak af te scheiden van het reactiemengsel, zodat evenwicht aflopend wordt

In praktijk moet er een goede balans gevonden worden tussen de kosten, veiligheid en opbrengst van elke maatregel.

Welke van onderstaande factoren beïnvloedt NIET de ligging van het evenwicht?

1. Concentratie
2. Katalysator
3. Temperatuur

Heb je nog vragen over deze les? Noteer ze hier:

Voor het Haber-Boschproces

 HNO₃ + H₂O ⟶ H₃O⁺ + NO₃⁻

^CaC₂ ^{+ N}₂ ^{→ CaCN}₂ ^{+ C}

On April 14, 1864, in retaliation for Peru's refusal to pay an indemnity, the Spanish fleet seized the lightly defended Chincha Islands, the main source for Peruvian guano resources.

Spain considered the islands an important bargaining chip, as they were a major Peruvian economic asset and produced almost 60% of the government's annual revenue

wiki chincha islands war

Haber Boschproces

Moleculaire stikstof is zeer weinig reactief. De reden hiervoor is de sterke driedubbele binding in moleculaire stikstof, die het een zeer inerte chemische stof maakt. De reactie van moleculaire stikstof met waterstof genereert een verbinding, ammoniak, die een stikstofbron vormt voor organismen en gebruikt wordt in de landbouw, en als grondstof in de chemische industrie. Voor het breken van de driedubbele binding wordt gebruikgemaakt van een katalysator in de vorm van fijne ijzerdeeltjes, met daaraan toegevoegd kleine hoeveelheden kaliumoxide en aluminiumoxide. De katalysator versnelt de reactiesnelheid aanzienlijk.

Tegelijkertijd vindt echter ook de omgekeerde reactie plaats. Bij hoge temperatuur verschuift het chemisch evenwicht naar de kant van de moleculaire stikstof en moleculaire waterstof, maar de reactie verloopt wel veel sneller. Dat is een probleem omdat de ammoniakproductie bij lage temperatuur zeer langzaam verloopt (nadelige kinetiek). Hier komt het principe van Le Chatelier goed van pas. Bij de ammoniakproductie zijn er 4 gasmoleculen aan het begin van de reactie, en aan het eind nog maar 2. De reactie zal onder hoge druk dus zijn evenwicht naar de kant zien verschuiven met de minste moleculen, die van de ammoniak. De optimale combinatie van druk en temperatuur is 15 tot 25 MPa (150-250 atmosfeer) en een temperatuur tussen de 400 en 550°C.[2]

wiki haber proces nl