Chemie is niet altijd zwart-wit In dit hoofdstuk beperken we ons bij het berekenen van de evenwichtsconstante tot homogene reacties: reacties waarbij alle reagentia en reactieproducten in dezelfde aggregatietoestand voorkomen. In de realiteit bestaan er echter ook heterogene reacties, waarbij niet alle reagentia en reactieproducten in dezelfde aggregatietoestand voorkomen. Merk op dat hier de vaste stoffen niet in de uitdrukking van K voorkomen. Dit soort oefeningen zullen we echter in deze cursus niet verder tegenkomen. Enkele concrete voorbeelden: Evenwichtsreactie C(v) + H2O(vl)
ICl(aq) + Cl2(g)
4.5
Berekening K CO(g) + H2(g)
ICl3(v)
K=
[CO]e. . [H2]e [H2O]e
K=
1 [ICl]e . [Cl2]e
Betekenis van K -
K (= k1/k2) karakteriseert de evenwichtsreactie bij een bepaalde temperatuur. Dit is het logische gevolg van het feit dat de reactiesnelheidsconstanten k1 en k2 afhankelijk zijn van de temperatuur. K is een thermodynamische grootheid. K is onafhankelijk van het reactiemechanisme, vandaar dat de uitdrukking van K ook voor meerstapsreacties kan worden afgeleid uit de reactievergelijking (zie ION 5). K karakteriseert de ‘ligging’ van het evenwicht bij een bepaalde temperatuur. De waarde van K hangt niet af van de beginconcentraties van de stoffen. • Een grote K-waarde (K > 103) betekent dat: - het evenwicht sterk naar rechts is gelegen (de waarde van de teller is immers groot): de reactie is nagenoeg aflopend; - de omzettingsgraad α en het rendement η bij evenwicht groot zijn. - We noteren de reactie dan als een (nagenoeg) aflopende reactie . • Een kleine K-waarde (K < 10-3) betekent dat: - het evenwicht sterk naar links is gelegen (de waarde van de teller is immers klein): er is zo goed als geen reactie naar rechts; - de omzettingsgraad α en het rendement η bij evenwicht klein zijn. - We noteren de reactie dan als een ‘niet-spontane reactie’ . • Een K-waarde tussen 103 en 10-3 betekent dat: - de reactie naar links even vlot verloopt als de reactie naar rechts. - We noteren deze reactie als een ‘echte’ evenwichtsreactie
.
-
De grootte van K zegt niets over de reactiesnelheid.
-
De ligging van het evenwicht en dus ook het rendement van een bepaalde evenwichtsreactie kan veranderd worden door een van beide tegengestelde reacties te bevorderen (zie punt 5 – Factoren die de ligging van het chemisch evenwicht beïnvloeden).
THEMA 2: CHEMISCH EVENWICHT
41