B2.4 Når blandingen ikke er i ligevægt

NoteDet skal du kunne

• beregne reaktionsbrøken for en blanding, der ikke er i ligevægt
• afgøre ved at sammenligne Y og K, om en blanding er i ligevægt
• forudsige, hvilken vej reaktionen forløber for at nå ligevægt

Blander man nogle stoffer i en beholder, er det sjældent, at koncentrationerne lige netop passer med ligevægten. Så går reaktionen den ene eller den anden vej, indtil ligevægten er nået. Med reaktionsbrøken kan man forudsige hvilken vej.

Sammenlign Y og K

Reaktionsbrøken, Y, fra afsnit B2.2 kan regnes ud for enhver blanding. Ligevægtskonstanten, K, er den værdi, brøken skal have, når der er ligevægt. Sammenligner man de to tal, er der tre muligheder.

Figur 1: Reaktionen går altid den vej, der bringer Y nærmere K.

	Det betyder	Det sker der
Y < K	Der er for lidt produkt i forhold til reaktant.	Reaktionen forløber mod højre, indtil Y = K.
Y = K	Blandingen er i ligevægt.	Koncentrationerne ændrer sig ikke.
Y > K	Der er for meget produkt i forhold til reaktant.	Reaktionen forløber mod venstre, indtil Y = K.

Forklaringen ligger i brøken. Produkterne står over brøkstregen og reaktanterne under. Når reaktionen forløber mod højre, bliver der mere produkt og mindre reaktant, så Y vokser. Når den forløber mod venstre, bliver Y mindre.

Når man siger, at reaktionen forløber mod højre, betyder det, at reaktionen mod højre går hurtigere end reaktionen mod venstre. Begge reaktioner forløber stadig.

Et eksempel

NoteEksempel: hvilken vej går reaktionen?

For ligevægten CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) er K = 4,0 ved en bestemt temperatur. I en beholder måles disse koncentrationer:

[CO] = 0,10 M, [H₂O] = 0,10 M, [CO₂] = 0,30 M og [H₂] = 0,30 M

Er blandingen i ligevægt?

Trin 1: reaktionsbrøken

\[ Y = \frac{[\mathrm{CO_2}] \cdot [\mathrm{H_2}]}{[\mathrm{CO}] \cdot [\mathrm{H_2O}]} \]

Trin 2: sæt tallene ind

\[ Y = \frac{0{,}30\ \mathrm{M} \cdot 0{,}30\ \mathrm{M}}{0{,}10\ \mathrm{M} \cdot 0{,}10\ \mathrm{M}} = 9{,}0 \]

Trin 3: sammenlign med K

Y = 9,0 og K = 4,0. Altså er Y > K.

Konklusion

Blandingen er ikke i ligevægt. Der er for meget produkt, så reaktionen forløber mod venstre. Der dannes CO og H₂O, og der bruges CO₂ og H₂, indtil Y er faldet til 4,0.

I eksemplet har Y og K ingen enhed, fordi der står M · M både over og under brøkstregen.

Kun reaktanter fra start

Begynder man med kun reaktanter, er koncentrationen af produkterne 0. Så er Y = 0, og det er altid mindre end K. Reaktionen må derfor begynde med at forløbe mod højre. Det var det, der skete i beholderen med ren N₂O₄ i afsnit B2.1.

Begynder man omvendt med kun produkter, står der 0 under brøkstregen. Så er Y uendelig stor, og reaktionen må forløbe mod venstre.

Sådan gør du

1. Skriv reaktionsbrøken op.
2. Sæt de koncentrationer ind, der er lige nu, og beregn Y.
3. Sammenlign Y med K.
4. Er Y mindre end K, forløber reaktionen mod højre. Er Y større end K, forløber den mod venstre.

NoteKort sagt

• Reaktionsbrøken, Y, kan beregnes for enhver blanding, også når den ikke er i ligevægt.
• Er Y = K, er blandingen i ligevægt.
• Er Y < K, forløber reaktionen mod højre.
• Er Y > K, forløber reaktionen mod venstre.
• Reaktionen går altid den vej, der bringer Y nærmere K.

Prøv selv: Ligevægtssimulation: se Y bevæge sig hen mod K.

Se alle opgaver til emnet “Når blandingen ikke er i ligevægt” (B2.4)