Kemisk jämvikt
Niklas Dahrén
Vad innebär en jämviktsreaktion och vad
innebär jämvikt?
ü
Jämviktsreaktionochjämvikt:Enjämviktsreaktionärenreaktionsomkangåibådariktningarna
(reversibelreaktion)ochsomgårlikafortåtbådahållenefterattjämviktharställtinsig.Medlikafort
menasattkoncentrationenavdeingåendeämnenaintelängreförändras.Koncentrationernabehöver
dockintevaralikastorpåbådasidorvidjämvikt.
ü
Ibörjanavenkemiskreaktion(innanjämviktharnåtts)ärreaktionenalltidförskjutenåtantingen
vänsterellerhöger.Detbetyderattreaktionengårfortaståtantingenvänsterellerhöger.Anledningen
kanvara;
o
o
attkoncentrationenärhögreavdeämnensomärpådenenasidanjämförtmeddenandraochdärförhar
delättareattreageramedvarandra.
attvissaämnen(p.g.a.strukturochkemiskaegenskaper)harlättareattreageramedvarandra.
En jämviktsreaktion steg för steg
Uppgift:ViärkemisterochskasyntetiseraämnenaCochD.Förattåstadkommadetsåtillsättervienstor
koncentrationavämneAresp.ämneBiettreaktionskärl. A+B
1)
AochBbörjarreageramedvarandraihögutsträckningeftersomdetfinnsmycketavdessaämnen.CochDfinnsdockinte
allsibörjanavreaktionenochkommerdärförintekunnareageramedvarandra.Reaktionengåralltsåtillhöger.Visägeratt
jämviktsreaktionenärförskjutenåthöger(högerförskjuten).
A+B
C+D
2)
EfterenlitenstundbörjardetbildasmerochmeravämnenaCochD(eftersommångaAochBharhunnitreageramed
varandra).DettainnebärattävenämnenaCochDkanbörjareageramedvarandraförattbildaämnenaAochB.
Reaktionenärfortfarandeförskjutenåthögermenintelikatydligtsomtidigare.
A+B
C+D
3)
EfteretttagharmycketCochDbildatsvilketinnebärattCochDkanreageramedvarandraihögutsträckningförattbilda
AochB.Detharnuuppståttenjämviktvilketinnebärattreaktionengårlikasnabbtåtbådahållenochdärmedkommer
intelängredeingåendeämnenaskoncentrationerattförändras.
A+B
C+D
Detärdockviktigtattförståattkoncentrationenavresp.ämneintebehövervaralikanärjämviktenuppstår.Omt.ex.
AochBharmycketlättareattreageramedvarandraänvadCochDharsåkommerdetkrävasenmycketstörre
koncentrationavCochDinnanjämvikteninfinnersig.
Vad innebär jämviktskonstanten?
ü
Jämviktskonstanten:Vidjämviktharreaktionenstabiliseratsochviharfåttenbestämdkoncentrationav
deingåendeämnena.Omvitarkoncentrationernaavämnenatillhögerochdelarmedkoncentrationerna
avämnenatillvänsterkommervifåutenkvotmellanämnenapåhögerochvänstersida.Dennakvotkallas
förjämviktskonstanten”K”.Kvisaralltsåkoncentrationsförhållandetmellanhögerochvänstersidavid
jämvikt.
ü
Vadinnebärenhögjämviktskonstant?:OmKärhögtinnebärdetalltsåattvividjämviktharmycketav
ämnenatillhögerochliteavämnenatillvänster.EtthögtK-värdeavslöjardärförattämnena tillvänsterhar
lättareattreageramedvarandraänvadämnenatillhögerhar.Reaktionengårdärföribörjanmeståthöger
(innanjämviktenställerinsig).Reaktionenellerjämviktslägetäralltsåförskjutetåthöger.Vifårdärfören
högrekoncentrationtillhögerjämförtmedtillvänstervidjämviktochdärförblirvärdetpåKhögt.
Uppgift 1:
Betrakta följande jämviktsreaktion: H2 + I2 ⇌ 2HI
a) Teckna jämviktsekvationen för reaktionen
b) Vad betyder egentligen ett högt värde på K?
Lösning:
a)
Ämnenaihögraledet
skrivslängstupp
Antaletavvarjeämneskrivs
somenupphöjdsiffra
Ämnenaivänstraledet
skrivslängstned
b)
Attvividjämviktharhögkoncentrationavämnetidethögraledet(HI)ochlågkoncentrationavämnenai
detvänstraledet(H2ochI2).Ämnenatillvänsterharalltsålättförattreageramedvarandraochdärför
bildasdetmycketavämnettillhöger.Mansägerattreaktionenärhögerförskjuten(attdeninnanjämvikt
gårmeståthöger).
Uppgift 2:
Fosgen är en otrevlig gas som har använts som stridsgas. Den kan
framställas genom att man låter kolmonoxid reagera med klorgas:
CO(g) + Cl2(g) ⇌ COCl2(g). Vi har en behållare på 10,0 dm3. Vid jämvikt har
vi 0,28 mol CO, 0,21 mol Cl2 och 0,81 mol COCl2. Vilket är värdet på K?
Lösning:
1.
2.
3.
1.
3.
Ställuppjämviktsekvationen.
Görentabellsomvisarvadvivetochvadviskaräknaut.
SättinkoncentrationernaijämviktsekvationenochräknautK.
CO(g)
2.
Cl2(g)
COCl2(g)
Substansmängden(n):
0,28mol
0,21mol
0,81mol
Volymen (v):
10,0dm3
Koncentrationen (c):
c=n/v
0,28/10,0=
0,028mol/dm3
10,0dm3
0,21/10,0=
0,021mol/dm3
10,0dm3
0,81/10,0=
0,081mol/dm3
Jämviktskonstanten kan ha olika enheter
ü
Jämviktskonstanten”K”visaralltsåkoncentrationsförhållandetmellanhögerochvänstersidavid
jämvikt.Koncentrationenmätsvanligtvisienhetenmolar(M)somärsammasaksommol/dm3.
ü
Enhetenför”K”ärdockintealltidMutankanävenbetecknast.ex.M-2, M-1 ellert.o.m.vara
enhetslös.Vitarjämviktsekvationenfrånföregåendeuppgiftsomexempel:
M
M1
=M1-2=M-1
=
2
M*M
M
Uppgift 3:
Vilken enhet har jämviktskonstanten i följande jämviktsreaktion;
2NH3
N2 + 3H2
Lösning:
1.
Ställuppjämviktsekvationen:
2.
Räknautjämviktskonstantensenhet:
Svar:EnhetenärM2
M*M3
M4
=M4-2=M2
=
2
2
M
M
Uppgift 4:
Kolmonoxid kan reagera med vatten vid en viss temperatur. Då bildas
koldioxid och vätgas enligt följande formel: CO(g) + H2O(g) ⇌ CO2(g) + H2(g).
För den här reaktionen är jämviktskonstanten K = 5,0. Vid jämvikt hade
man 0,060 mol koldioxid, 0,030 mol vatten och 0,090 mol vätgas i ett kärl
med volymen är 1,00 dm3. Vilken var halten kolmonoxid?
Lösning:
1.
2.
Ställuppjämviktsekvationen.
Görentabellsomvisarvadvi
vetochvadviskaräknaut.
SättinKochdekända
koncentrationernai
jämviktsekvationen.Räknaut
denokändakoncentrationen.
3.
3.
1.
CO
2.
Substansmängden
(n)vidjämvikt:
Volymen(v):
Koncentrationen
(c)vidjämvikt:
c=n/v
H2 O
Cl2(g)CO2 COCl2H(g)
2
?2SO 0,030mol
2SO20,060molO20,090
3
mol
3
3
3
1,00dm3
1,00dm
1,00dm
1,00dm
?
0,030/1,00
=0,030
mol/dm3
0,060/1,0
0=0,060
mol/dm3
0,090/1,00=
0,090
mol/dm3
Hur påverkas en jämviktsreaktion av olika
faktorer?
ü
Exempelpåfaktorersomkanpåverkaenjämnviktsreaktion:
o
o
o
o
ü
Koncentrationenavdeingåendeämnena.
Temperaturensomreaktionenskervid.
Trycket.
Katalysatorer(t.ex.enzymer).
Ommanförändrarnågotiettjämnviktssystemförskjutsjämnviktenpåettsådantsättattförändringen
motverkas:
o
o
o
o
Omkoncentrationenavämnenatillvänsterökarkommerreaktionenförskjutasåthögersåatt
koncentrationsskillnadenavtar.
Omdetomgivandetrycketökar(t.ex.genomattvolymenavreaktionskärletsomämnenabefinnersigi
minskar)kommerjämviktsreaktionenförskjutasåtdethållsomledertillatttryckökningenmotverkas(såatt
detbildasfärreantalpartiklar).
Omdenomgivandetemperaturenökarkommerjämviktsreaktionenförskjutasåtdethållsomledertillatt
temperaturökningenmotverkas(åtdet”endotermahållet”).
Omettenzymtillsättskommerreaktionenförskjutasåtdethållsomenzymetkankatalysera.
Uppgift 5:
Hur påverkas nedanstående jämviktsreaktion av en ökad
koncentration av N2?
N2(g)+3H2 (g)
2NH3 +92kj
Reaktionen/jämviktslägetförskjutsåthöger
Lösning:
o
Omkoncentrationenavettämneökarpådenvänstrasidankommerdetinnebäraattjämviktslägetförskjutsåt
höger(ochtvärtomomkoncentrationenhadeökatpåhögrasidan).
o
MerN2 pådenvänstrasidaninnebärattdetkommerskeflerkrockarmedH2 pertidsenhetochdärmedfler
reaktionermellandessasåattmerNH3 bildas.
Uppgift 6:
Hur påverkas nedanstående jämviktsreaktion om vi minskar volymen
av reaktionskärlet och därmed ökar trycket?
N2(g)+3H2 (g)
4partiklar
2NH3 +92kj
2 partiklar
Reaktionen/jämviktslägetförskjutsåthöger
Lösning:
o
Ommanförändrartrycketiettjämnviktssystemförskjutsjämnviktenpåettsådantsättatttryckförändringen
motverkas.
o
Omvolymenminskar,blirdetträngreireaktionskärlet,vilketledertillflerkrockarmellanmolekylerna.
Jämviktslägetkommerdärförförskjutasåthögereftersomdetinnebärattdetblirfärrepartiklar.
o
Färrepartiklar=lägretryck.
Uppgift 7:
Hur påverkas nedanstående jämviktsreaktion av ökad temperatur?
N2(g)+3H2 (g)
Lösning:
2NH3 +92kj
Reaktionen/jämviktslägetförskjutsåtvänster
o
Omreaktionengåråthögerfrisättsvärmeenergi.Reaktionenåthögeräralltsåenexotermreaktion.Exoterma
reaktionerkanskeävenvidlågatemperaturer.
o
Förattreaktionenskakunnagååtvänsterkrävsdettillförselavenergi(värme).Reaktionenåtvänsterärdärför
enendotermreaktion.Endotermareaktionerskerintesärskiltlättvidlågatemperaturermengynnasdäremot
kraftigtvidhögatemperaturer.Videnhögtemperaturkommerdärförjämviktslägetvaraförskjutetåtvänster.
o
Närreaktionengåråtvänsterkommervärmetasuppfrånomgivningenvilketkommermotverka
temperaturhöjningen.
Enzymer underlättar kemiska reaktioner
ü Tillräckligthögaktiveringsenergikrävsförattenreaktionskakunnaske:Förattenreaktionskakunnaskemellan
2reaktanter krävsattreaktanterna hartillräckligthögenergi(hastighet)vidkrocken.Annarskommerintedegamla
bindningarnakunnabrytas.Dettakallasför”aktiveringsenergi”.Vidhögomgivandetemperaturharreaktanterna
tillräckligthögaktiveringsenergiförattreaktionenskakunnaske.
ü Enzymerunderlättarkemiskareaktioner:Enzymer
bindersinareaktanter påettspecifiktsättvilketdels
innebärattde”gamla”bindningarnaireaktanterna
försvagasochattreaktanterna ”krockar”med
varandrapåettoptimaltsätt(irättvinkel).
Reaktanterna kandåreageramedvarandrapåett
lättaresättochutanattdebehöverhasåhög
aktiveringsenergi.Enzymersänkeralltsåden
aktiveringsenergisomkrävsförenvissreaktion.
ü Jämviktnåssnabbare:Videnvissgiventemperatur
kommerenzymerpåverkaenvissreaktionsåatt
jämviktnåssnabbare.Menförhållandetmellande
olikaämnenaochdärmedjämviktskonstanten
Bildkälla:ByFvasconcellos (talk ·contribs)(language modified byNatox (talk ·contribs))(File:Carbonic anhydrase
påverkasej.
reaction intissue.svg)[CC-BY-SA-3.0(http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)],viaWikimedia Commons
SegärnaflerfilmeravNiklasDahrén:
http://www.youtube.com/Kemilektioner
http://www.youtube.com/Medicinlektioner
Uppgift 5:
Svaveltrioxid kan sönderfalla till svaveldioxid och syrgas enligt följande
formel: 2SO3(g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g). En behållare på 50,0 dm3 fylldes med
1,00 mol svaveltrioxid. Vid jämvikt fanns det 0,58 mol svaveldioxid. Vilken
är jämviktskonstanten för reaktionen?
1.
Lösning:
1.
2.
3.
3.
Ställupp
2.
jämviktsekvationen.
Görentabellsomvisarvad
vivetochvadviskaräkna
ut.
Sättinkoncentrationernai
jämviktsekvationenoch
räknautK.
2SO3
2SO2
Substansmängden(n)vid
start:
CO(g)
1,00mol
Cl
2(g)
0,00mol
Volymen (v):
50,0dm3
50,0dm3
Substansmängden(n)vid
jämvikt:
1,00-0,58=
0,42mol
0,58mol
Konc. (c)vidjämvikt:
c=n/v
0,42/50,0=
0,0084
0,58/50,0=
0,0116
+
O2
COCl
2(g)
0,00mol
50,0dm3
0,58/2=
0,29mol
0,29/50,0=
0,0058
