Samenvatting van examenstof scheikunde

Hoofdstuk 5
Kenmerken van chemische reacties
§5.2
Energie- effecten
Het symbool voor de grootheid energie is E.
Een verandering in energie geven we aan met ∆E= Eeind - Ebegin
De eenheid: J (Joule).
Exotherme processen
Bij een exotherme reactie staan de reagerende stoffen energie af aan de
omgeving.
Voorbeelden:
- fase-overgangen: stollen en condenseren
- oplossen: zuur of base in water
- reacties waarbij energie vrijkomt uit de beginstoffen in de vorm van:
warmte (verbranding), electriciteit (accu) of licht (vuurwerk)
Energiediagram exotherme reactie:
B.v. verbranding van methaan
E (kJ)
CH4 + 2 O2
CO2 + 2H2O
-1-
Endotherme processen
Bij een endotherme reactie wordt energie opgenomen en opgeslagen in de
eindprodukten.
Voorbeelden:
- fase-overgangen: smelten en verdampen
- oplossen van natriumchloride in water
- reacties waarbij energie wordt opgeslagen in de eindprodukten in de vorm
van:
warmte (thermolyse), electriciteit (elektrolyse), licht (fotolyse, fotografie,
fotosynthese)
Energiediagram endotherme reactie:
E (kJ)
2 H2 + O 2
2 H2 O
Wet van energiebehoud
De totale hoeveelheid energie blijft altijd hetzelfde.
De energie kan wel worden omgezet in een andere vorm van energie.
De energieverandering van het omgekeerde proces is even groot maar tegengesteld.
B.v. condenseren en verdampen.
5.3
De snelheid van een reactie
Reactietijd
De tijd die een reactie nodig heeft om helemaal te verlopen
Afbeelding: reactie: 2NO2 <-> N2O4
Reactiesnelheid
Het aantal mol van een stof dat per seconde en per liter reactiemengsel verdwijnt of
-2-
ontstaat.
Symbool: s
Eenheid: mol per liter per seconde (mol/(l.s) of mol.l-1.s-1)
De snelheid van een reactie is in het begin het grootst en neemt af tot nul.
De reactiesnelheid wordt door de volgende factoren beïnvloed:
 Soort stof
ijzer reageert sneller met zoutzuur dan koper
 Concentratie
Bij een hogere concentratie neemt de reactiesnelheid toe. De deeltjes zitten dan
dichter op elkaar en kunnen dus makkelijker botsen.
 Verdelingsgraad
Hoe fijner de stof is verdeeld, des te groter is het oppervlak, des te groter is de
reactiesnelheid. Door het grotere oppervlak kunnen er meer botsingen aan dit
oppervlak plaatsvinden.
 Temperatuur
Bij een hogere temperatuur is de reactiesnelheid groter. Per 10 °C is dat ruwweg
2 à 3 keer. Door de hogere snelheid van de deeltjes is niet alleen het aantal
botsingen, maar ook het aantal effectieve botsingen meer.
 Katalysator
Deze beïnvloedt de reactiesnelheid. Een katalysator voor een reactie is een stof
die de snelheid van die reactie vergroot zonder daarbij zelf verbruikt te worden.
Katalysatoren zijn erg belangrijk. In ons lichaam worden de meeste reacties door
katalysatoren beïnvloed. Deze biologische katalysatoren noemt men enzymen.
Bijna elke reactie in ons lichaam wordt mogelijk gemaakt door een speciaal
enzym.
Afbeelding: Invloed van druk op de reactiesnelheid.
-3-
§5.4
Verklaring voor verschillen in reactiesnelheid:
Het botsende-deeltjesmodel
We stellen ons voor dat een reactie alleen kan optreden als de moleculen van de
beginstoffen tegen elkaar botsen. Bij niet alle botsingen treedt een hergroepingen
van de atomen op. Alleen als de botsing krachtig genoeg is, gebeurt er wat. We
spreken in dat geval over een effectieve botsing. We noemen dit het botsendedeeltjesmodel.
Transportsnelheid
Dit begrip wordt gebruikt in plaats van reactiesnelheid als er geen chemische reactie
heeft plaats gevonden.
B.v. Het transport van jood in een waterlaag naar een benzinelaag.
Ook hier gelden de factoren van de reactiesnelheid.
§5.5
Het chemische evenwicht
Begrippen:
Statisch evenwicht
We maken binnen de natuurwetenschappen onderscheid tussen twee soorten
evenwichten. Bij een statisch evenwicht verandert er helemaal niets. Het evenwicht
bij krachten, zoals we bij natuurkunde tegenkomen, is daar een voorbeeld.
Dynamisch evenwicht
Bij een dynamisch evenwicht verandert er wel iets, maar dat is niet waar te nemen
omdat de snelheden van de tegengestelde veranderingen even groot zijn.
Homogeen evenwicht
Alle stoffen in een reactie hebben dezelfde fase. Let op CO2(g) <-> CO2(aq)
Heterogeen evenwicht
Als er verschillende fasen in de reactie-vergelijking staan.
Verdelingsevenwicht
Stof verdeelt zich over twee oplosmiddelen in een vaste verhouding.
B.v. jood in water en benzine
Chemische evenwichten zijn dynamische evenwichten. Een evenwicht stelt zich
-4-
soms snel in, soms langzaam. Het gebruik van een katalysator kan dan nuttig zijn:
beide reacties verlopen dan sneller, het evenwicht stelt zich dan sneller in. De
insteltijd is dan korter.
Je kunt een evenwicht laten aflopen door één van de stoffen uit het evenwichtssysteem
te verwijderen.
Er is evenwicht als er geen verandering meer in de hoeveelheden plaats vinden.
Voorwaarden voor een evenwicht zijn:
 De omstandigheden zijn zodanig, dat zowel de heengaande als de teruggaande
reactie tegelijkertijd kan verlopen. De snelheid waarmee deze reacties verlopen, zijn
gelijk.
 De concentraties van de stoffen veranderen niet.
Uit proeven blijkt dat er een verband bestaat tussen de concentraties van de stoffen
die aan de reacties deelnemen. Dit verband kunnen we beschrijven met behulp van
de concentratiebreuk.
De evenwichtsvoorwaarde is gelijk aan de concentratiebreuk:
= K (evenwichtsconstante)
= constante waarde van de concentratiebreuk bij een bepaalde temperatuur
= er heerst evenwicht als de concentratiebreuk gelijk is aan K
In de concentratiebreuk en de evenwichtsvoorwaarde schrijven we de concentraties
van de stoffen die rechts van het evenwichtsteken staan boven de breukstreep en de
concentraties van de stoffen die links staan van het evenwicht staan onder de
streep.
In de concentratiebreuk staan de coëfficiënten uit de reactievergelijking als
exponenten bij de concentraties
Concentraties worden weer gegeven met vierkante haken.
Vaste- en (zuivere) vloeistoffen komen niet in de breuk hiervoor getal 1 invullen.
Dus alleen gassen en opgeloste stoffen invullen.
-5-



waarde van K groot  evenwicht ligt rechts (veel product)
waarde van K klein  evenwicht ligt links (weinig product)
K is alleen van de temperatuur afhankelijk.
§5.7
De ligging van het evenwicht
Een verstoring (bijv. volumeverandering, toevoegen van een stof) van een evenwicht
betekent dat de heen- en teruggaande reactie niet meer met dezelfde snelheid
verlopen.
In het algemeen geldt dat die reactie in het voordeel is die de aangebrachte
verstoring tegenwerkt.
Bijvoorbeeld:
•
Drukverhoging:
Verschuift het evenwicht naar de kant met de minste gasmoleculen.
•
Concentratie:
Toevoegen van een bepaalde component zorgt ervoor dat deze component
verdwijnt door verschuiving van het evenwicht naar de andere kant
•
Een katalysator versnelt zowel de heen- als teruggaande reactie. Een
katalysator beinvloedt de ligging niet, enkel de snelheid van het bereiken van
het evenwicht.
-6-
Diagnostische toets Hoofdstuk 5
Geef aan of de onderstaande uitspraken goed of fout zijn.
1
2
Wanneer bij een omkeerbare reactie de snelheid van de reactie naar rechts
even groot is als de snelheid van de reactie naar links, spreekt men van een
chemisch evenwicht.
Een chemisch evenwicht is een statisch evenwicht.
De vragen 3 tot en met 7 hebben betrekking op het volgende plaatje, dat een
evenwicht beschrijft, waarbij een hoeveelheid A reageert tot B en C.
A
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B+C
De curve a geeft de snelheid van de teruggaande reactie B + C  A.
De curve c geeft de snelheid van zowel de heengaande als de teruggaande
reactie.
Uit deze curve is af te leiden dat er op tijdstip t1 meer van stof A dan van stof
B en C in het mengsel aanwezig is.
De insteltijd van het evenwicht is t3.
Op tijdstip t3 is de snelheid van de heengaande reactie gelijk aan de snelheid
van de teruggaande reactie.
Wanneer twee stoffen via een omkeerbare reactie met elkaar in evenwicht
zijn, zijn de concentraties van deze stoffen gelijk.
Bij een in evenwicht verkerend systeem veranderen de concentraties van de
deelnemende stoffen niet.
Wanneer men aan een in evenwicht verkerend systeem een van de
reagerende stoffen toevoegt, wordt het evenwicht verstoord.
Men kan een evenwicht laten aflopen door een van de stoffen die aan de
reactie deelneemt, uit het reactiemengsel te verwijderen.
Het evenwicht X + Y
Z kan men naar rechts laten aflopen door X uit het
mengsel te verwijderen.
Het gebruik van een katalysator in een omkeerbare reactie zal tot een kortere
insteltijd leiden.
-7-