Kemisk ligevægt og Le Chateliers princip

Kemi A · STX · A-niveau · Termodynamik og kinetik

🧪 Kemisk ligevægt og Le Chateliers princip

Kemisk ligevægt: tilstand hvor frem- og tilbagereaktion sker med samme hastighed → ingen netto-ændring i koncentrationer. Dynamisk balance, IKKE statisk.

Ligevægtskonstant K: for reaktionen aA + bB ⇌ cC + dD: K_c = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b. K stor (>>1): produktforskudt. K lille (<<1): reaktantforskudt. K = 1: balanceret.

K_p (gasreaktioner): brug partialtryk i stedet for koncentrationer.

Le Chateliers princip (Henri Louis Le Chatelier, 1884): "Hvis et system i ligevægt udsættes for en perturbation, vil systemet skifte sin ligevægt for at modvirke perturbationen."

Påvirkninger:

1.

Koncentration: tilføj reaktant → forskydes mod produkt. Fjern produkt → også mod produkt.

2.

Tryk (kun gasser): højere tryk → mod siden med færre molekyler.

3.

Temperatur: stigning → mod den endoterme retning. Fald → mod eksoterm retning.

4.

Katalysator: ændrer IKKE ligevægten, kun hastigheden.

Industriel anvendelse: Haber-Bosch-proces (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃, eksoterm). Højt tryk (200-400 atm) + moderat T (~450 °C) + Fe-katalysator. Lavere T ville være termodynamisk fordelagtigt men reaktionen for langsom.

Reaktion-kvotient Q: samme udtryk som K, men før ligevægt. Q < K → fremad. Q > K → tilbage. Q = K → ligevægt.

Læringsmål

• Forklare kemisk ligevægt som en dynamisk balance mellem frem- og tilbagereaktion
• Opskrive ligevægtskonstanten K_c for en given reaktion
• Anvende Le Chateliers princip til at forudsige hvordan koncentration, tryk og temperatur påvirker ligevægten
• Forklare hvorfor en katalysator ikke ændrer ligevægten, kun hastigheden
• Anvende reaktionskvotienten Q til at afgøre hvilken vej en reaktion forskydes

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvad det betyder, at en reaktion er i kemisk ligevægt
• Brug Le Chateliers princip til at forudsige, hvordan en ligevægt forskydes ved ændring af koncentration
• Brug Le Chateliers princip til at forudsige, hvordan en ligevægt forskydes ved ændring af temperatur eller tryk

Eksperiment-forslag

• Opskriv K_c-udtrykket for N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃, og forklar hvorfor faste stoffer udelades fra K-udtryk.
• Anvend Le Chateliers princip til at forudsige effekten af øget tryk på Haber-Bosch-ligevægten.
• Beregn Q for et givet sæt koncentrationer og afgør om reaktionen går frem eller tilbage mod K.
• Diskutér hvorfor Haber-Bosch-processen kører ved moderat (ikke lav) temperatur trods at lav T er termodynamisk fordelagtig.

Brobygning

Ligevægtskonstanten K uddybes kvantitativt i næste emne.