Kemisk jämvikt & jämviktskonstant
I en reversibel reaktion kan fram- och bakreaktion pågå samtidigt. Vid dynamisk jämvikt är deras hastigheter lika, vilket ger konstanta makroskopiska koncentrationer trots att reaktionerna fortsätter.
- Nivå 2
Förstå → Se exempel → Träna
Förstå
Dynamisk jämvikt
Vid jämvikt är fram- och bakreaktionens hastigheter lika. Det betyder inte att reaktionen har stannat eller att koncentrationerna är lika, utan att de inte längre ändras netto.
Jämviktskonstanten K
För en given reaktion vid given temperatur beskriver jämviktskonstanten förhållandet mellan produkters och reaktanters aktiviteter; i gymnasieberäkningar används ofta koncentrationer. Koefficienterna i reaktionsformeln blir exponenter i jämviktsuttrycket.
Storleken på K
Ett stort K betyder att produkter dominerar vid jämvikt, medan ett litet K betyder att reaktanter dominerar. K säger däremot inte hur snabbt jämvikten ställs in.
Reaktionskvoten Q
Q har samma form som jämviktsuttrycket men beräknas för ett godtyckligt tillstånd. Om Q<K går nettoreaktionen åt produktsidan, medan Q>K innebär nettoreaktion åt reaktantsidan tills jämvikt nås.
Le Chateliers princip
Om ett jämviktssystem störs genom ändrad koncentration, tryck eller temperatur sker en nettoförändring som motverkar störningen. Endast temperaturförändring ändrar värdet på K för en given reaktion.
Exempel
Exempel: Haberprocessens jämvikt
- N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g).
- Ökat tryck gynnar sidan med färre mol gas och förskjuter därför jämvikten mot ammoniak.
- Om ammoniak avlägsnas minskar Q och mer produkt kan bildas.
- En katalysator gör att jämvikten nås snabbare men ändrar inte K eller jämviktsläget.
Så gör du
- 1Skriv den balanserade jämviktsreaktionen.
- 2Skriv korrekt jämviktsuttryck och utelämna rena fasta ämnen och rena vätskor i den vanliga gymnasiemodellen.
- 3Sätt in jämviktskoncentrationer eller använd Q för ett icke-jämviktstillstånd.
- 4Tolka K eller jämför Q med K.
- 5Analysera hur en störning påverkar systemet och skilj detta från förändringar av K.
Vanliga misstag
Vanligt misstag
Vid jämvikt är mängden reaktanter och produkter lika stor.
Bättre
Vid jämvikt är fram- och bakreaktionens hastigheter lika.
Koncentrationerna kan vara mycket olika.
Vanligt misstag
En katalysator flyttar jämvikten mot produkterna.
Bättre
En katalysator ökar hastigheten i båda riktningarna och ändrar inte K.
Jämvikten nås bara snabbare.
Vanligt misstag
Ändrad koncentration ändrar jämviktskonstanten.
Bättre
För en given reaktion ändras K med temperaturen, inte av att koncentrationerna tillfälligt ändras.
Koncentrationsändring ändrar Q och kan därför förskjuta systemet.
Fundera
Varför kan två system med samma jämviktskonstant nå jämvikt olika snabbt?
Träna
Övning
För A ⇌ B gäller K = 10. I ett visst ögonblick är Q = 2. Åt vilket håll sker nettoreaktionen tills jämvikt nås?
Sammanfattning
- Kemisk jämvikt är dynamisk.
- K beskriver jämviktens sammansättning vid en viss temperatur.
- Q visar åt vilket håll systemet behöver förändras för att nå jämvikt.
- Le Chateliers princip används för att resonera om störningar.
- Katalysatorer ändrar hastighet men inte jämviktskonstant eller jämviktsläge.
Relaterade genomgångar
Fortsätt med något som hänger ihop med den här genomgången.