När jäm­vikts­sys­tem späds eller komprimeras, eller temperaturen ändras

nar-jamviktssystem-spads-eller-komprimeras-eller-temperaturen-andrasVideogenomgång (flippat klassrum)

Hur förskjuts jämvikten när reaktionsblandningen späds?

Betrakta följande reaktion:

Fe3+ + SCN ⇌ FeSCN2+

Vi har en jämvikt: \(K = \frac {[\text{FeSCN}^{2+}]}{[\text{Fe}^{3+}][\text{SCN}^-]}\)

Vi antar att jämviktskoncentrationerna är

\([\text{FeSCN}^{2+}]=a\)

\([\text{Fe}^{3+}] = b\)

\([\text{SCN}^-] = c\)

Vid jämvikt får vi att \(K = \frac {a}{bc}\)

Vad händer om vi späder reaktionsblandningen till dubbla volymen?

Samtliga koncentrationer blir hälften så stora, d.v.s.

\([\text{FeSCN}^{2+}]=\frac {a}{2}\)

\([\text{Fe}^{3+}]=\frac {b}{2}\)

\([\text{SCN}^-]=\frac {c}{2}\)

Vi räknar ut \(Q\)!

\(Q = \frac {\frac {a}{2}}{\frac {b}{2} \cdot \frac {c}{2}} = \frac {\frac {a}{2}}{\frac {bc}{4}} = \frac {a}{2} \cdot \frac {4}{bc} = 2\frac {a}{bc} = 2K\)

Vi ser att \(Q > K\), vilket innebär att reaktionen förskjuts åt vänster

  • Slutsats: Det är inte bara utspädningseffekten som gör att färgen försvinner när vi tillsätter vatten – hela reaktionen förskjuts åt vänster!

Vad händer när trycket ändras?

Betrakta följande reaktion:

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

Vad händer om vi ökar trycket till det dubbla?

  • Vi räknar ut det på samma sätt som vi tidigare gjorde med förändringen av koncentrationen!

Vi har en jämvikt: \(K = \frac {[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}\)

Vi antar att jämviktskoncentrationerna är

\([\text{NH}_3] = a\)

\([\text{N}_2] = b\)

\([\text{H}_2] = c\)

Vid jämvikt får vi att \(K = \frac {a^2}{bc^3}\)

Om trycket fördubblas, t.ex. genom att volymen halveras, så fördubblas också koncentrationerna:

\([\text{NH}_3] = 2a\)

\([\text{N}_2] = 2b\)

\([\text{H}_2] = 2c\)

Vi räknar ut \(Q\)!

\(Q = \frac {(2a)^2}{2b \cdot (2c)^3} = \frac {4a^2}{2b \cdot 8c^3} = \frac {4a^2}{16bc^3} = \frac {1}{4}K\)

Vi ser att \(Q < K\), vilket innebär att reaktionen förskjuts åt höger, d.v.s. det bildas mer NH3.

Vad händer när temperaturen ändras?

 

Temperaturen är det enda som påverkar värdet på \(K\) för en viss reaktion! Vad innebär detta?

  1. Om vi ändrar koncentrationerna på reaktanter eller produkter, om vi ändrar trycket eller tillsätter en katalysator, så ändras inte värdet på \(K\)
    • Koncentrationerna reaktanter/produkter ändras, så att \(Q\) efter ett tag blir lika med \(K\).
  2. Om vi ändrar temperaturen, så ändras värdet på \(K\)!

Värdet på \(K\) minskar med stigande temperatur, om reaktionen är exoterm:

A + B ⇌ C + D + värme

  • För ovanstående reaktion är \(K = \frac {\text{[C][D]}}{\text{[A][B]}}\)
  • När man tillsätter mer värme, trycks reaktionen åt vänster. Det innebär att [A] och [B] ökar i värde, medan [C] och [D] minskar.
  • I och med detta minskar också värdet på \(K\).

Vad händer då med reaktanter & produkter när temperaturen stiger?

Värdet på \(K\) ökar med stigande temperatur, om reaktionen är endoterm:

A + B + värme ⇌ C + D

  • För ovanstående reaktion är \(K = \frac {\text{[C][D]}}{\text{[A][B]}}\)
  • När man tillsätter mer värme, trycks reaktionen åt höger. Det innebär att [A] och [B] minskar i värde, medan [C] och [D] ökar.
  • I och med detta ökar också värdet på \(K\).

Katalysatorer och jämvikter

Katalysatorn ändrar endast på reaktionshastigheten!

Reaktionshastigheten åt höger ändras med samma faktor som reaktionshastigheten åt vänster

  • Om reaktionshastigheten åt höger fördubblas, så gör reaktionshastigheten åt vänster det också.

Värdet på \(K\) är detsamma oavsett om vi har med en katalysator eller inte.

Endast temperaturen kan ändra på värdet på \(K\) för en viss reaktion.