Noter til kemisk ligevægt

Ligevægtsloven

Enhver ligevægtsreaktion kan opskrives på følgende generaliserede måde:

aA(aq) + bB(aq) ⇌ cC(aq) + dD(aq)

hvor A og B er reaktanter, C og D er produkter, og a, b, c og d er koefficienterne i det afstemte reaktionsskema. Der kan være både færre eller flere reaktanter og produkter.

Ligevægtskonstanten

Ved ligevægt er reaktionsbrøken Y lig en konstant kaldet ligevægtskonstanten, Kc:

Y = Kc ved ligevægt

Denne sammenhæng kaldes ligevægtsloven, og der findes en bestemt ligevægtskonstant for hver kemisk reaktion. Eksempelvis for reaktionen mellem dinitrogentetraoxid og nitrogendioxid er ligevægtskonstanten ved 25 °C:

Kc = 0,309 M

Ligevægtsloven

Ved kemisk ligevægt gælder: Y = Kc. Ligevægtskonstanten udtrykker den konstante værdi af reaktionsbrøken. Enheden af Kc er M (mol/L), men kan variere afhængigt af reaktionsbrøkens opskrivning.

Temperaturafhængighed

Værdien af ligevægtskonstanten afhænger af temperaturen. For eksempel stiger Kc for dekomponering af N2O4 fra 0,309 M ved 25 °C til 27,5 M ved 100 °C, hvilket betyder, at den kemiske ligevægt forskydes mod højre ved stigende temperatur, og en større andel af dinitrogentetraoxid-molekylerne dekomponeres.

Udeladelse af rene væsker og faste stoffer

Reaktionsbrøken udelader rene væsker, opløsningsmidler og faste stoffer. I eksemplet med syre-base-ligevægten mellem propansyre og vand:

CH3CH2COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3CH2COO−(aq) + H3O+(aq)

Her fungerer vand både som reaktionsdeltager og opløsningsmiddel, men dens koncentration har ingen betydning for ligevægten i fortyndede opløsninger, så den udelades fra reaktionsbrøken:

Y = [CH3CH2COO−] ∙ [H3O+]/[CH3CH2COOH]

Opløselighedsligevægte

I opløselighedsligevægte indgår faste stoffer. For en mættet opløsning af natriumchlorid ses:

NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl−(aq)

Tilsætning af yderligere natriumchlorid påvirker ikke ligevægten. Ko = [Na+] ∙ [Cl−] kaldes opløselighedsproduktet, og her udelades den faste natriumchlorid fra reaktionsbrøken.

Afslutning

Ligevægtskonstanten Ko efterfølges af et lille o for at indikere, at det drejer sig om en opløselighedsligevægt, og der ses nærmere på heterogene ligevægte i kapitel 5.

Reaktionsbrøken

Reaktionsbrøken, som er lig en konstant når ligevægtskoncentrationerne indsættes, kaldes Y. Den kan opskrives som:

Y = \frac{\mathrm{[C]^c\cdot[D]^d}}{\mathrm{[A]^a\cdot[B]^b}}

Opskrift:

• I tælleren opskrives produktet af de aktuelle stofmængdekoncentrationer af produkterne i reaktionen med koefficienten som eksponent.

• I nævneren opskrives produktet af de aktuelle stofmængdekoncentrationer af reaktanterne med koefficienten som eksponent.

Eksempel

For ligevægten mellem dinitrogentetraoxid og nitrogendioxid: N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g)

Reaktionsbrøken bliver: Y = \frac{\mathrm{[NO_2]^2}}{\mathrm{[N_2O_4]}}