4
Evenwichtsconstante
4.1
Reactiesnelheidsconstante en snelheidsvergelijking In ION 5 zagen we reeds de formule voor de snelheidsvergelijking. We herhalen hier even de begrippen die belangrijk zijn om de rest van dit hoofdstuk goed te begrijpen. Voor de algemene reactie a A + b B → reactieproducten van een eenstapsreactie is de snelheidsvergelijking: vt = k. [A]at . [B]bt waarbij: vt = ogenblikkelijke reactiesnelheid uitgedrukt in mol.l-1.s-1 [A]t en [B]t = de concentratie van de reagerende stoffen op tijdstip t, uitgedrukt in mol.l-1 a en b zijn de coëfficiënten in de reactievergelijking k = reactiesnelheidsconstante De reactiesnelheidsconstante k is specifiek voor elke reactie. Ze wordt beïnvloed door de temperatuur en de aanwezigheid van een katalysator. Voor heterogene reacties spelen ook de verdelingsgraad en het contactoppervlak een rol. De waarde van de reactiesnelheidsconstante komt overeen met de reactiesnelheid als de concentraties van alle reagentia 1 mol.l-1 bedragen. De reactiesnelheidsconstante heeft steeds die uitdrukking zodat de reactiesnelheid wordt uitgedrukt in mol.l-1.s-1.
4.2
Formule evenwichtsconstante We weten reeds dat een chemisch evenwicht gekenmerkt wordt door twee reacties die elkaars tegengestelde zijn en doorgaan met snelheden v1 en v2. Beide reacties worden gekenmerkt door een eigen snelheidsconstante k1 en k2. We maken gebruik van de bijbehorende snelheidsvergelijkingen om een nieuwe term te definiëren: de evenwichtsconstante K. v1 We nemen de evenwichtsreactie A + B 2C + D v2 De snelheidsvergelijking (voor eenstapsreacties) voor de heen- en terugreactie is: v1= k1 . [A]t . [B]t v2= k2 . [C]t 2 . [D]t Bij het begin van de reactie is v1 maximaal (de concentraties van A en B zijn maximaal) en v2 is nul (er zijn nog geen reactieproducten gevormd), zoals ook weergegeven in de grafische voorstelling in punt 2.3. Naarmate de reactie vordert, zullen [A] en [B] dalen en [C] en [D] stijgen. Als gevolg hiervan zal v1 afnemen en v2 stijgen. Op het ogenblik dat het evenwicht bereikt wordt (= de evenwichtstijd te), worden de twee snelheden gelijk aan elkaar. De reagentia en de reactieproducten bereiken hun evenwichtsconcentraties ([X]e). v1 = v2 of k1 . [A]e . [B]e = k2 . [C]e2 . [D]e Dit is de dynamische evenwichtstoestand, waarbij de heen- en terugreactie onderling in evenwicht zijn en er – per tijdseenheid – evenveel A en B worden omgezet in C en D als omgekeerd C en D in A en B. THEMA 2: CHEMISCH EVENWICHT
39