V4 7.4 Evenwichten

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

7.4 - Evenwichten

V4

Chemisch evenwicht

• Veel reacties zijn aflopend:                     2 H₂ + O₂  →  2 H₂O

• Reacties kunnen omkeerbaar zijn       N2O4   ⇄  2 NO₂    
• Beginstoffen  →  reactieproducten
• Reactieproducten  →  beginstoffen
• evenwichtsreacties
• Als deze reacties met dezelfde snelheid verlopen, ontstaat er een chemisch evenwicht 

Chemisch evenwicht

Voorbeeld

• Eerst begint H₂O met CO te reageren (s1, rode lijn)
• Nadat er H₂ en CO₂ ontstaat reageert dat ook weer terug (s2, blauwe lijn)
• Na een tijdje zijn de snelheden even groot
• Insteltijd is de tijd tussen begin van reactie en evenwicht (t1)

Chemisch evenwicht

• Homogeen evenwicht: als alle reagerende stoffen in dezelfde fase zitten
• Heterogeen evenwicht: als alle reagerende in verschillende fasen aanwezig zijn.
  
  
• Is dit een homogeen of heterogeen evenwicht?

Rekenen aan chemische evenwichten (gebruik BOE-schema)

• Maak gebruik van een omzettingstabel. Kijken naar de algemene reactie A  +  B  ⇄  C  +  D in een reactievat van 1,0 dm³:
• Beginnen met 2 mol A en 1 mol B
• Er is 0,75 mol A omgezet.
• Wat zijn alle concentraties
• aan het eind?

	[A]	[B]	[C]	[D]
B =t 0
O = omgezet
E = t ev

Rekenen aan chemische evenwichten

• Beginwaarden invullen: [A] = 2, [B] = 1. Er is nog geen C of D ontstaan, dus die zijn beide 0 

	[A]	[B]	[C]	[D]
B	2	1	0	0
O
E

Rekenen aan chemische evenwichten

• Er is 0,75 mol A omgezet, dus er verdwijnt 0,75: -0,75.
• De molverhouding tussen A en B is 1:1, dus er verdwijnt net zoveel.
• Molverhouding tussen A, C en D is 1:1:1, dus er ontstaat ook 0,75

	[A]	[B]	[C]	[D]
B	2	1	0	0
O	-0,75	-0,75	+0,75	+0,75
E

Rekenen aan chemische evenwichten

• Wat er aanwezig is bij evenwicht is het verschil tussen wat er was bij t₀ en hoeveel er is omgezet.
• Let op hoe groot het reactievat is! Als het reactievat bijvoorbeeld 5 liter, moet je niet vergeten
  om de hoeveelheid mol te 
  delen door 5 liter voor de 
  concentratie

	[A]	[B]	[C]	[D]
B	2	1	0	0
O	-0,75	-0,75	+0,75	+0,75
E	1,25	0,25	0,75	0,75

Chemisch evenwicht

• Reacties kunnen omkeerbaar zijn
• Beginstoffen -> reactieproducten
• Reactieproducten -> beginstoffen
• Noem je evenwichtsreacties
• Als deze reacties met dezelfde snelheid verlopen, ontstaat er een chemisch evenwicht 

Chemisch evenwicht

• In experiment 1 is er 1 mol NO₂. Bij evenwicht is er 0,80 mol N₂O₄ en 0,40 mol NO₂
• In experiment 2 is er 2 mol NO₂. Bij evenwicht is er 0,80 mol N₂O₄ en 0,40 mol NO₂

Chemisch evenwicht

• Ze leiden allebei tot dezelfde evenwichtstoestand, ondanks een andere beginsituatie
• Ligging van het evenwicht is gelijk

Chemisch evenwicht

• Hier is de molverhouding gebruikt tussen N₂O₄ en NO_{2 =} 1 : 2
• Als er 0,20 mol N₂O₄ verdwijnt, dan ontstaat er 2x zoveel: 0,40 mol NO₂

Chemisch evenwicht

• NO₂ daalt 2x zo snel als die van N₂O₄, omdat er twee moleculen NO₂ ontstaan uit 1 molecuul N₂O₄

Concentratiebreuk en evenwichtsvoorwaarde

• Van elke evenwichtsreactie kan je een concentratiebreuk opstellen, 
• met 3 regels:

1. Concentraties van reactieproducten staan in de teller en van beginstoffen staan in de noemer
2. Het coëfficiënt in de reactievergelijking wordt het exponent bij die behorende concentratie
3. Er staan geen vaste of vloeibare stoffen in. Alleen maar gassen of opgeloste stoffen.

Concentratiebreuk N2O4 en NO2

• N₂O₄ ⇄ 2 NO₂
• Evenwichtsvoorwaarde:

1. Reactieproduct in de teller, beginstof in de noemer
   
2. Coëfficiënt bij NO₂ is nu het exponent.
   
3. Zijn beide gassen, dus beide in de concentratiebreuk

Concentratiebreuk N2O4 en NO2

• Op het moment dat het evenwicht zich heeft ingesteld, veranderen de concentraties niet meer
• De concentratiebreuk verandert dan dus ook niet en zal een constante waarde hebben
• Deze constante waarde is K, de evenwichtsconstante 

Evenwichtsvoorwaarde N₂O₄ en NO₂

• Als K gelijk is aan de concentratiebreuk is er evenwicht
• K hangt niet af van de druk, volume en beginconcentraties
• K hangt wel af van de temperatuur. In Binas tabel 51 staan verschillende evenwichtsvoorwaarden 

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• Voorbeeldreactie:  H₂O (g)  +  CO (g)   ⇄   H₂ (g)  +  CO₂ (g)
• Onder bepaalde omstandigheden geldt: K = 0,75
• 0,50 mol H₂O en 0,50 mol CO wordt in een vat van 1,0 dm³ gedaan
• Wat is [H₂] bij
  evenwicht?

	[H 2 O]	[CO]	[H 2 ]	[CO 2 ]
t 0
omg.
t ev

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,50 mol H₂O en 0,50 mol CO wordt in een vat van 1,0 dm³ gedaan
• Dus bij t₀ 0,50 bij H₂O en 0,50 bij CO. Er is nog geen H₂ of CO₂

	[H 2 O]	[CO]	[H 2 ]	[CO 2 ]
t 0	0,50	0,50	0	0
omg.
t ev

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• Er is niet bekend hoeveel er wordt omgezet, alleen maar wat de evenwichtsconstante is. Er wordt wel iets omgezet, namelijk (het onbekende) deel x. Er verdwijnt x H₂O en x CO en er ontstaat x H₂ en x CO₂

	[H 2 O]	[CO]	[H 2 ]	[CO 2 ]
t 0	0,50	0,50	0	0
omg.	-x	-x	+x	+x
t ev

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• Bij evenwicht is er het verschil tussen hoeveelheid bij t₀ en wat er omgezet is.

	[H 2 O]	[CO]	[H 2 ]	[CO 2 ]
t 0	0,50	0,50	0	0
omg.	-x	-x	+x	+x
t ev	0,50-x	0,50-x	x	x

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• Evenwichtsvoorwaarde voor de reactievergelijking.
• Je kan nu de waarden bij t_ev invullen in de breuk

	[H 2 O]	[CO]	[H 2 ]	[CO 2 ]
t 0	0,50	0,50	0	0
omg.	-x	-x	+x	+x
t ev	0,50-x	0,50-x	x	x

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• De hele breuk moet gelijk zijn aan 0,75 (info uit de vraag)
• Note: (0,50-x)² omdat [H₂O] en [CO] hetzelfde is

	[H 2 O]	[CO]	[H 2 ]	[CO 2 ]
t 0	0,50	0,50	0	0
omg.	-x	-x	+x	+x
t ev	0,50-x	0,50-x	x	x

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,75 (0,50-x)² = x²

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,75 (0,50-x)² = x²
• 0,75 (0,50-x)(0,50-x) = x²

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,75 (0,50-x)² = x²
• 0,75 (0,50-x)(0,50-x) = x²
• 0,75 (0,25 - x + x²) = x²

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,75 (0,50-x)² = x²
• 0,75 (0,50-x)(0,50-x) = x²
• 0,75 (0,25 - x + x²) = x²
• 0,1875 - 0,75x + 0,75x² = x²

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,75 (0,50-x)² = x²
• 0,75 (0,50-x)(0,50-x) = x²
• 0,75 (0,25 - x + x²) = x²
• 0,1875 - 0,75x + 0,75x2 = x²
• 0,25x² + 0,75x - 0,1875 = 0

Wiskundig intermezzo: de abc-formule

• Voor rekenen met evenwichtsvoorwaarde is de abc-formule nodig
• Gebruik je bij ax² + bx + c = 0
• Komen (bijna altijd) 2 waarden voor x uit: bij wiskunde gebruik je allebei, bij scheikunde gebruik je alleen degene die kan (positief)

Onze vergelijking:

0,25x2 + 0,75x - 0,1875 = 0

Rekenen aan chemische evenwichten met K

• 0,75 (0,50-x)² = x²
• 0,75 (0,50-x)(0,50-x) = x²
• 0,75 (0,25 - x + x²) = x²
• 0,1875 - 0,75x + 0,75x2 = x²
• 0,25x² + 0,75x - 0,1875 = 0
• abc-formule oplossen met
  a= 0,25;  b= 0,75;  c= -0,1875
• x = 0,23

Evenwichtsvoorwaarde bij heterogeen evenwicht

Verdelingsevenwicht

• Jood in water (aq) en wasbenzine (wb) verdeelt zich over het water en wasbenzine in bepaalde verhouding: I₂ (aq) ⇄ I₂ (wb)
• Geen chemisch evenwicht, want er is geen reactie, maar wel een dynamisch evenwicht

Oplosevenwicht

• Slecht oplosbare zouten zijn in evenwicht met de opgeloste ionen en de vaste stof op de bodem
• Je kan met de K_s berekenen hoeveel zout er oplost in een slecht oplosbaar zout