Hoofdstuk 10: energie en evenwichten

Bij een exotherme reactie geven de reagerende stoffen energie af aan de omgeving.
Bijvoorbeeld verbranding

Bij een endotherme reactie nemen de reagerende stoffen energie uit de omgeving
Bijvoorbeeld ontleding

Faseovergangen zijn ook endotherm of exotherm
smelten, verdampen en sublimeren zijn endotherm
stollen, condenseren en rijpen zijn exotherm

Het energie-effect van een proces kun je in een energiediagram weergeven

Hierin krijgt alles een niveau. De beginstoffen zitten op het beginniveau en de reactieproducten op het eindniveau

Het verschil tussen die twee noem je ΔE

Bij een exotherme reactie ligt het eindniveau hoger dan het beginniveau
Bij een endotherme reactie ligt het eindniveau lager dan het beginniveau

Energie gaat niet verloren en kan ook niet uit het niets verschijnen

Als het energie-effect van een proces +a kj is, dan is het energie-effect van het omgekeerde proces    -a kj

Bijna alle reacties moeten eerst op gang worden gebracht, hier is energie voor nodig. Je noemt dit Activeringsenergie, oftewel E_Act

Hierdoor krijg je een overgangs- of geactiveerde toestand van de beginproducten

Dit geef je ook weer in je energiediagram. De geactiveerde toestand is altijd het hoogste niveau in het diagram

Zie blz. 39 voor plaatje

De overgangstoestand is als een soort berg waar de beginstoffen overheen moeten. Hierdoor heb je een trage reactiesnelheid. Je kan dit versnellen met een katalysator. In een energiediagram wordt de overgangstoestand dan ook lager.

In een evenwichtstoestand geld dat de reactie naar rechts even snel verloopt als de reactie naar links
Ook zijn de concentraties van de aanwezige stoffen onveranderlijk. Ze zijn wel meestal niet aan elkaar gelijk

De insteltijd is afhankelijk van de snelheid van de heen- en teruggaande reactie.

Deze is dan ook afhankelijk van de soort reactie, concentratie, verdelingsgraad, temperatuur en aan- of afwezigheid van een katalysator

Je kunt een evenwicht definiëren in een concentratiebreuk, die is constant

In een concentratie breuk komt het product van de concentraties van de stoffen rechts van dubbele pijl in de teller en het product van de concentraties van de stoffen links van de dubbele pijl in de noemer
De nummers die voor een product in een reactievergelijking staan komen in de concentratiebreuk als exponenten te voorschijn
In de concentratiebreuk staan alleen (g) of (aq). (omdat het concentraties zijn(dus geen (l) en (s)))

In de breuk wordt de 2NO weergegeven als 

Als een chemisch evenwicht zich heeft ingesteld, dan veranderen de concentraties van de stoffen niet meer. Dus hij heeft een constante waarde. Dit noem je de evenwichtsconstante (K).

De concentratie van  een gas is meestal heel hoog, en de druk dus ook.
Als (bijvoorbeeld) je 21% zuurstof en 79% stikstof hebt. Dan is de partiële druk van zuurstof 0,21 bar.

Omdat het bij gassen makkelijker is om druk te meten dan de concentratie gebruiken we daar vaak de partiële drukbreuk.
Hierbij geld:
K_p= partiële drukbreuk
de evenwichtsconstante wordt bij gassen vaak aangegeven met een K_p. Die zijn te vinden in tabel 51 Binas.

Er ontstaat een neerslag als concentratiebreuk > K
Er ontstaat geen neerslag als concentratiebreuk  K

Een verstoring van een evenwicht betekent dat de heen- en teruggaande reactie niet meer met dezelfde snelheid verlopen

Dus één van de reacties is tijdelijk in het voordeel. Hierdoor veranderen de concentraties. Dit gaat net zo lang door tot er een nieuwe evenwichtssituatie ontstaat

De evenwichtsconstante veranderd alleen als de temperatuur verandert.

Bij het toevoeren van energie, toevoegen van warmte, is de endotherme reactie in het voordeel.
Bij het afvoeren van energie is de exotherme reactie in het voordeel.

Als je de concentratie van een stof veranderd door meer van die stof toe te voegen, dan veranderd de evenwichtsconstante. Maar dit mag niet dus hij wil het even wicht herstellen en hierdoor komt een reactie in het voordeel.
Stel nu dat je meer NO₂ toevoegt, welke reactie is dan in het voordeel?
Je maakt nu de noemer groter, waardoor de concentratiebreuk kleiner wordt. Dit kan echter niet, dus er zal meer N₂O₄ (g) geproduceerd moeten worden om  weer dezelfde evenwichtsconstante te krijgen. Dus de reactie naar rechts is in het voordeel.

Ditzelfde kan ook als je het volume verklein. Stel je maakt het volume waarin de gassen zitten 2x zo klein dan betekent dat dat de concentratie 2 keer zo groot wordt.

En dat los je dan op dezelfde manier op.
Welke reactie is volgens jou in het voordeel? ^{(antwoord staat onderaan laatste pagina)}

Het rendement  van een proces druk je uit in een percentage.
Elke fabrikant streeft naar een zo hoog mogelijk rendement