8. Chemish enwiht 1. Aflopene retie In prinipe lijft een hemishe retie oorgn tot één vn e uitgngsstoffen (of lle uitgngsstoffen) opgeruikt is (zijn). De retie A + B C + D zl stilvllen ls lle A en/of B omgezet is in C en D. Dergelijke reties noemt men flopene reties. Bij smenvoegen vn C en D treet er geen retie op. Sommige reties verlopen extreem snel, soms zelfs explosief.. Chemish enwiht Heel wt hemishe reties lijken tot stilstn te komen zelfs voor één of lle uitgngsstoffen opgeruikt zijn. Bovenien leit in ie gllen het smenvoegen vn C en D (in e plts vn A en B) tot ezelfe situtie. Deze reties noemen we enwihtsreties. Ze woren ls volgt voorgestel, met een uele pijl: A + B C + D De retie kn in eie rihtingen geeuren: 1 voorwrts A + B C + D omgekeer C + D A + B In het egin vn eze retie, ls we A en B smenvoegen, zijn e onentrties vn A en B mximl. Op t ogenlik is e snelhei vn e voorwrtse retie ook mximl. De retiesnelhei is immers rehtenreig met e onentrtie(s) vn e uitgngsstoffen. Vermits er op t ogenlik nog geen C en D gorm is, is e retiesnelhei vn e omgekeere retie gelijk n nul. Nrmte A en B regeren zullen e onentrties vn eze omponenten len. Ook e snelhei vn e voorwrtse retie zl us fnemen. Tegelijkertij ontstt er meer en meer C en D, wroor e onentrties vn C en D stijgen. Droor zl ook e snelhei vn e omgekeere retie stijgen. Dit leit onvermijelijk tot e situtie t, op een epl ogenlik, e snelheen vn e voorwrtse en vn e omgekeere retie n elkr gelijk woren. Vnf t ogenlik zullen e onentrties vn A, B, C en D onstnt lijven: hemish enwiht. 3. Ligging vn het enwiht Bij sommige enwihtsreties wort e enwihtstoestn ereikt ls slehts een kleine frtie vn e uitgngsstoffen omgezet is in retieprouten. We zeggen n t het enwiht links ligt. Een retie ie niet oorgt kn eshouw woren ls een enwihtsretie wrvn het enwiht heleml links ligt. Bij nere enwihtsreties wort e enwihtstoestn ereikt ls e uitgngsstoffen ijn volleig omgezet zijn in retieprouten. We zeggen n t het enwiht rehts ligt. Een flopene retie kn eshouw woren ls een enwihtsretie wrvn het enwiht heleml rehts ligt.
4. Retiequotiënt Q De voortgng of progressie vn een hemishe retie kn uitgerukt woren vi het retiequotiënt Q. A + B Q C A D B C + D Heleml ij het egin vn e retie, op het ogenlik t we A en B smenvoegen, zijn e onentrties vn A en B mximl en e onentrties vn C en D zijn n gelijk n nul (er is op t ogenlik nog geen C en D gorm). Bij het egin vn e retie is het retiequotiënt us gelijk n nul: Q = 0. Nrmte e retie vorert zullen e onentrties vn A en B len en e onentrties vn C en D stijgen. Het retiequotiënt Q zl stijgen. Als e retie volleig fgelopen is, zijn e onentrties vn A en/of B gelijk n nul (er is geen A en/of B meer over) en n zijn e onentrties vn C en/of D mximl. Als e retie volleig fgelopen is, is het retiequotiënt oneinig groot. Het retiequotiënt Q is us een getl (tussen 0 en oneinig) t uitrukt in hoerre een hemishe retie fgelopen is. Retie met Q = 0 gn gewoon niet oor. Reties met een zeer grote Q zijn flopene reties. Een enwihtsretie gt oor tot Q een zekere wre ereikt, typish voor e retie. Vn zor Q eze wre ereikt, lijkt e retie tot stilstn te komen: e onentrties vn lle retieomponenten (uitgngsstoffen en retieprouten) lijven onstnt. Deze toestn noemen we e enwihtstoestn. Retiequotiënt Q Geeft e progressie vn een hemishe retie weer. Een wre tussen 0 (geen retie) en oneinig (retie volleig fgelopen) 5. Evenwihtsonstnte De progressie vn een hemishe retie wort uitgerukt oor het retiequotiënt Q. A + B Q C A D B C + D Een enwihtsretie gt oor tot Q een eple wre ereikt (typish voor ie retie). Die wre noemen we e enwihtsonstnte vn e retie. C A D B Q Als e enwihtsonstnte vn een enwihtsretie klein is, n ligt e enwihtstoestn links. In eze enwihtstoestn is er nog veel vn e uitgngsstoffen A en B nwezig, terwijl er slehts kleine hoeelheen C en D nwezig zijn. Als zeer klein is (ijn nul) gt e retie niet oor (e enwihtsonentrties vn A en B zijn prktish gelijk n e eginonentrties, e enwihtsonentrties vn C en D zijn prktish gelijk n nul). Als e enwihtsonstnte vn een enwihtsretie groot is, n ligt e enwihtstoestn rehts. In eze enwihtstoestn is er zijn er slehts kleine hoeelheen vn e uitgngsstoffen A en/of B nwezig, terwijl er grote hoeelheen C en D nwezig zijn. Als zeer groot is (ijn oneinig) is e retie qusi flopen (e enwihtsonentrties vn A en/of B zijn prktish gelijk nul, e enwihtsonentrties vn C en D zijn mximl).
Smengt Vooreelen Ligging vn e enwihtstoestn zeer klein < 10-30 volleig links, retie gt niet oor klein 10-30 < < 10-3 links 10-3 < < 10 3 ergens in het mien, eht enwiht groot 10 3 < < 10 30 rehts zeer groot > 10 30 volleig rehts, flopene retie 6. Comineren vn reties Reties kunnen we omineren (net ls wiskunige vergelijkingen). Hoe kunnen we n e enwihtsonstnte erekenen vn e resulterene enwihtsretie? Optellen/ftrekken vn hemishe reties (1) A B () B + C D (3) = (1) + () A + C D B A 1 D B C D A C 1 (1) A + C D () A B D A C 1 B A (3) = (1) () B + C D D B C 1 De enwihtsonstnte vn een retie ie ekomen wer oor twee enwihtsreties smen te tellen, is gelijk n het prout vn e originele enwihtsonstnten. De enwihtsonstnte vn een retie ie ekomen wer oor twee enwihtsreties vn elkr f te trekken, is gelijk n het quotiënt vn e originele enwihtsonstnten. Vermenigvuligen/elen vn een hemishe retie met/oor een epl getl (1) A B () 4 A B B A 1 B A 1 4
(1) 4 A B B A 1 4 () A B B A 1 De enwihtsonstnte vn een retie ie ekomen wer oor een enwihtsretie te vermenigvuligen met het getl n, is gelijk n e n e mht vn e originele enwihtsonstnte. De enwihtsonstnte vn een retie ie ekomen wer oor een enwihtsretie te elen oor het getl n, is gelijk n e n e wortel vn e originele enwihtsonstnte. Omgekeere retie (1) A B B A 1 () B A B A 1 1 De enwihtsonstnte vn een retie ie verkregen wort oor een hemish enwiht om te keren, is e reiproke wre (1/...) vn e originele enwihtsonstnte. Evenwihten optellen ftrekken vermenigvuligen met n elen oor n omkeren 7. Conentrties en prtieelrukken Smengt vermenigvuligen elen n e mht n e wortel reiproke wre Voor hemishe enwihten in oplossing (wter ls oplosmiel) shrijven we onentrties (mol/l) in e uitrukking voor e enwihtsonstnte. Die enwihtsonstnte noemen we. (Zie hieroner e elngrijke opmerking i.v.m. tiviteiten) A(q) + B(q) C(q) C A B Voor hemishe enwihten in e gsfse kunnen we onentrties (mol/l - ) of prtieelrukken (r - p) geruiken in e uitrukking voor e enwihtsonstnte. (Zie hieroner e elngrijke opmerking i.v.m. tiviteiten) A(g) + B(g) C(g) C A B p P PC A PB
Vern tussen en p A(g) + B(g) C(g) + D(g) PC PD PA PB n P RT... RT V P P P C PD C RT D RT C D + - + + - + g p A B A B A RT B RT n RT RT RT Ativiteiten De onentrties en e prtieelrukken in e enwihtsonstnte zijn in feite tiviteiten. Dit heeft voor golg t: De enwihtsonstnte imensieloos is. Er woren us geen eenheen geshren in een enwihtsonstnte. In hemishe enwihten in oplossing wort e onentrtie vn het oplosmiel (zelfs inien het n e retie eelneemt) niet geshren in e uitrukking vn e enwihtsonstnte. De tiviteit ervn is nmelijk onstnt. HOA(q) + H O(l) H 3O + (q) + OA - (q) H 3O OA HOA In heterogene hemishe enwihten in oplossing komen e onentrties vn e onoplosre omponenten niet voor in e uitrukking vn e enwihtsonstnte. De tiviteiten ervn zijn ook onstnt. AgCl(s) Ag + (q) + Cl - (q) Ag Cl In heterogene hemishe enwihten in e gsfse komen e onentrties/prtieelrukken vn e nietgsvormige omponenten niet voor in e uitrukking vn e enwihtsonstnte. Ook hiervn zijn e tiviteiten onstnt. CCO 3(s) CO(s) + CO (g) CO PCO Smengt C A D B p PC PD PA PB p = x RT (+)-(+) = x RT (Dn g )
8. Q versus A(q) + B(q) A(g) + B(g) C(q) + D(q) C(g) + D(g) C A D B PC PD PA PB Om te weten wt er geeurt in een mengsel vn A en/of B en/of C en/of D, met eple onentrties (in het gl vn homogene enwihten in oplossing) of prtieelrukken (in het gl vn homogene gsenwihten), moeten we Q erekenen. Q C A D B PC PD Q P A P B Er zijn rie mogelijkheen. Q = of Q = p In it uitzonerlijke gl geeurt er niets ij het mengen vn e omponenten: ij eze onentrties/prtieelrukken is er enwiht. Q < of Q < p In it gl is Q is te klein (kleiner n Q ) om een enwihtstoestn te heen. Q moet us groter woren: er moet meer C en D ontstn en er moet A en B verwijnen. De voorwrtse retie treet op tot er enwiht is. A + B C + D Q > of Q > p In it gl is Q is te groot (groter n Q ) om een enwihtstoestn te heen. Q moet us kleiner woren: er moet C en D verwijnen en er moet A en B gorm woren. De omgekeere retie treet op tot er enwiht is. C + D Smengt A + B Q Retie = of p geen retie < of p voorwrtse retie > of p omgekeere retie
9. Invloe vn uitwenige ftoren op e ligging vn e enwihtstoestn Een hemish enwiht wort verstoor oor gelijk welke wijziging vn eple uitwenige omstnigheen. Als golg rvn zl het enwiht nr links of nr vershuiven om op ie mnier een nieuwe enwihtstoestn te ereiken. Conentrtie A + B C + D Q C A D B C A D B Tooegen of wegnemen vn kleine hoeelheen uitgngsstoffen of retieprouten heeft een vernering vn Q voor golg, wroor Q niet lnger gelijk is n : er is geen enwiht meer. PC PD PA PB Als we ijv. een eetje uitgngsstof A tooegen zl het onentrtiequotiënt Q len. Om e nieuwe enwihtstoestn te ereiken zl e retie oorgn in ie zin wrij Q opnieuw zl stijgen, tot Q =. De voorwrtse retie A + B C + D zl pltsheen. Het enwiht shuift nr rehts. In het omgekeere gl, oor een eetje uitgngsstof A weg te nemen, zl het onentrtiequotiënt Q stijgen. Om e nieuwe enwihtstoestn te ereiken zl e retie oorgn in ie zin wrij Q opnieuw zl len, tot Q =. De omgekeere retie C + D A + B zl pltsheen. Het enwiht shuift nr links. Door tooegen vn een omponent vn een hemish enwiht zl het enwiht vershuiven nr e nere knt n ie wr e omponent in e retiergelijking stt. Door wegnemen vn een omponent vn een hemish enwiht zl het enwiht vershuiven nr e knt wr ie omponent in e retiergelijking stt. Volume en ruk A(q) + B(q) C(q) + D(q) Q C A Als we ij een homogeen enwiht in oplossing in een epl oplosmiel extr oplosmiel tooegen, n zullen lle onentrties len (verunning). Als het volume vn e oplossing veruel wort ijvooreel, zullen lle onentrties gehlveer woren. De vernering vn het retiequotiënt Q hngt n f vn e exponenten vn e onentrties. D B (+) = (+) In it gl vernert het retiequotiënt Q niet. Het enwiht lijft estn. (+) > (+) In it gl zl het retiequotiënt Q len. Om een nieuwe enwihtstoestn te ereiken, zl e retie oorgn in ie zin wrij Q opnieuw zl stijgen tot Q =. De retie nr rehts zl pltsheen: A + B C + D. Het enwiht vershuift nr rehts. (+) > (+) In it gl zl het retiequotiënt Q stijgen. Om een nieuwe enwihtstoestn te ereiken, zl e retie oorgn in ie zin wrij Q opnieuw zl len tot Q =. De retie nr links zl pltsheen: C + D A + B. Het enwiht vershuift nr links. Tooegen vn oplosmiel (verunning) n een homogeen enwiht in t oplosmiel veroorzkt een vershuiving vn het enwiht nr ie knt wr in e retiergelijking het grootste ntl opgeloste moleulen stt. Verwijeren vn oplosmiel (oor inmpen ijv.) uit een homogeen enwiht in t oplosmiel veroorzkt een vershuiving vn het enwiht nr ie knt wr in e retiergelijking het kleinste ntl opgeloste moleulen stt. C A D B
A(g) + B(g) C(g) + D(g) PC PD Q P A P B PC PD PA PB Door verhogen vn e ruk op een homogeen gsenwiht neemt het volume f en roor nemen lle onentrties toe. Als het volume gehlveer wort ijvooreel, veruelen lle onentrties. De vernering vn het retiequotiënt Q hngt n f vn e exponenten vn e onentrties. (+) = (+) In it gl vernert het retiequotiënt Q niet. Het enwiht lijft estn. (+) > (+) In it gl zl het retiequotiënt Q stijgen. Om een nieuwe enwihtstoestn te ereiken, zl e retie oorgn in ie zin wrij Q opnieuw zl len tot Q =. De retie nr links zl pltsheen: C + D A + B. Het enwiht vershuift nr links. (+) > (+) In it gl zl het retiequotiënt Q len. Om een nieuwe enwihtstoestn te ereiken, zl e retie oorgn in ie zin wrij Q opnieuw zl stijgen tot Q =. De retie nr rehts zl pltsheen: A + B C + D. Het enwiht vershuift nr rehts. Een stijging vn e ruk op een homogeen gsenwiht veroorzkt een ling vn het volume vn het gsmengsel. Droor vershuift e enwihtstoestn nr ie knt vn e retie wr het kleinste ntl gsmoleulen nwezig is. Een ling vn e ruk op een homogeen gsenwiht veroorzkt een stijging vn het volume vn het gsmengsel. Droor vershuift e enwihtstoestn nr ie knt vn e retie wr het grootste ntl gsmoleulen nwezig is. Tempertuur Verneringen vn onentrtie(s), ruk en volume heen voor golg t e ligging vn het enwiht vernert. An e enwihtsonstnte vernert er niets. De vernering vn e tempertuur heeft ehter wel een vernering vn e enwihtsonstnte voor golg. Voor exotherme enwihtsreties zl e enwihtsonstnte len ls e tempertuur stijgt. Droor zl Q eq len: e enwihtstoestn shuift nr links, in enotherme zin us. Voor enotherme enwihtsreties zl e enwihtsonstnte stijgen ls e tempertuur stijgt. Droor zl Q eq stijgen: e enwihtstoestn shuift nr rehts, in exotherme zin us. Verhoging vn e tempertuur oet e ligging vn e enwihtstoestn vershuiven in enotherme zin. Verlging vn e tempertuur oet e ligging vn e enwihtstoestn vershuiven in exotherme zin.
Smengt Uitwenige vernering tooegen vn een omponent wegnemen vn een omponent volumetoenme volume-fnme rukstijging rukling tempertuurstijging tempertuurling Evenwihtstoestn vershuiving nr e nere knt vershuiving nr ezelfe knt vershuiving nr e knt met het grootste ntl moleulen vershuiving nr e knt met het kleinste ntl moleulen vershuiving nr e knt met het kleinste ntl gsmoleulen vershuiving nr e knt met het grootste ntl gsmoleulen vershuiving in enotherme zin vershuiving in exotherme zin 10. Prinipe vn Le Chtelier Wnneer ij een systeem in enwiht een eple ftor verner wort (onentrtie, volume, ruk, tempertuur), n zl e ligging vn e enwihtstoestn verneren (het enwiht vershuift) op een zonige wijze (vershuiving nr links of nr rehts t e vernering geeeltelijk opgehen wort.