Jämvikts­ekvationen

Videogenomgång (flippat klassrum)

English-speaking or IB student? Check out the English version instead!

Plocka fram

• Mätcylinder, 100 ml
• Mätcylinder, 50 ml
• Två glasrör, ∅ c:a 10 mm

Reaktioner kan gå åt båda hållen

Betrakta en mättad saltlösning.

• Mättad innebär att det är löst så mycket salt som det bara går. Det som tillsätts utöver detta, löses inte utan förblir i fast form.

Det ser ut som om allting är stilla.

I själva verket sker det ett utbyte fast ⇌ i lösning.

Rita upp detta!

Reaktionen som sker:

• NaCl(s) → NaCl(aq)

men också

• NaCl(aq) → NaCl(s)

Reaktionen går alltså åt båda hållen!

NaCl(aq) ⇌ NaCl(s)

Men systemet är i jämvikt, ty:

• \(n_\text{NaCl(s)}\) är konstant
• \(n_\text{NaCl(aq)}\) är konstant

Ytterligare en reaktion, som kan gå i båda riktningarna:

N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

• Framställning av ammoniak enligt Haber–Bosch-metoden

Men ammoniak kan också sönderdelas i kvävgas och vätgas:

2NH₃(g) → N₂(g) + 3H₂(g)

Reaktionen kan alltså gå åt båda hållen:

• N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Fritz Haber och Carl Bosch, som tillsammans uppfann en metod för framställning av ammoniak i industriell skala.

Vad innebär en jämvikt?

För att ett system ska vara i jämvikt, ska reaktionen åt höger gå lika fort som reaktionen åt vänster.

Dags för en liten demonstration:

Två mätcylindrar, 100 resp. 50 ml.

1. 75 ml vatten i den ena.
   • Placera 100 ml-cylindern till vänster från eleverna sett!
2. För växelvis över vatten mellan dem med hjälp av rören.
3. Mät nivåerna var femte överföring.
4. Sluta föra över vatten när nivåerna inte längre ändras.

Vad händer allra först?

Mycket vatten förs över från 100 ml-cylindern till 50 ml-cylindern.

• Reaktionen åt höger går fort.

Inget vatten förs över från 50 ml-cylindern till 100 ml-cylindern.

• Reaktionen åt vänster går mycket långsamt 😉

Vad händer allteftersom reaktionen fortgår?

Reaktionshastigheten åt höger avtar.

Reaktionshastigheten åt vänster tilltar.

Vad händer vid jämvikt (när nivåerna inte längre ändras)?

Reaktionen åt höger och åt vänster går lika fort!

Vattennivåerna är konstanta.

Jäm­vikts­ek­va­tionen (= Guld­berg-Waa­ges lag eller Mass­ver­kans lag)

Betrakta följande system:

A + B ⇌ C + D

När det nått jämvikt, är koncentrationerna [A], [B], [C] och [D] konstanta.

Följande lilla samband gäller vid jämvikt:

\[\frac {\text{[produkterna]}}{\text{[reaktanterna]}} = \text{en konstant}\]

och uttryckt matematiskt:

\[\frac {[\text{C}][\text{D}]}{[\text{A}][\text{B}]} = K\]

• Detta är jäm­vikts­ek­va­tionen!

Vad påverkar jäm­vikts­kon­stan­tens värde?

ENDAST temperaturen!

Katalysator – påverkar inte!

Ämnenas koncentrationer vid starten – påverkar inte!

ENDAST temperaturen påverkar jämvikten.