Scheikunde: reacties, evenwicht en materialen
Het scheikundedeel toetst of je reacties, evenwichten en materiaaleigenschappen kunt kwantificeren, meestal in een technologische context: een reactor, een batterij, een polymeer of een zuiveringsstap. Je moet zowel kunnen rekenen aan concentraties als kunnen beredeneren welke kant een evenwicht op schuift.
Evenwicht
- Voor aA + bB ⇌ cC + dD geldt K = [C]^c·[D]^d / ([A]^a·[B]^b); alleen gassen en opgeloste stoffen horen in de uitdrukking, vaste stoffen en zuiver water niet.
- Vergelijk de reactiequotiënt Q met K: Q < K betekent naar rechts, Q > K betekent naar links, Q = K betekent evenwicht.
- Alleen temperatuur verandert de waarde van K. Concentratie, druk en volume verschuiven de ligging, niet de constante.
- Een katalysator versnelt het bereiken van het evenwicht maar verandert K niet.
Uitgewerkt voorbeeld
Ammoniaksynthese: N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g). Bij evenwicht is [N₂] = 0,20 M, [H₂] = 0,60 M en [NH₃] = 0,40 M. Dan is K = (0,40)²/(0,20 × 0,60³) = 0,16/0,0432 = 3,7. Voeg je bij gelijk volume NH₃ toe tot 0,80 M, dan wordt Q = 0,64/0,0432 = 15. Omdat Q > K, loopt de reactie naar links: er wordt NH₃ omgezet tot Q weer gelijk is aan 3,7. Omdat de vorming van NH₃ exotherm is, daalt K bij hogere temperatuur; in een reactor is dat de kern van de afweging tussen snelheid en opbrengst.
Valkuilen
- Vaste stoffen in de evenwichtsvoorwaarde zetten.
- K verwarren met reactiesnelheid: een grote K zegt niets over hoe snel het evenwicht bereikt wordt.
- De stoichiometrische coëfficiënten als vermenigvuldigingsfactor in plaats van als exponent gebruiken.
- Vergeten dat K dimensieloos is en dat je met concentraties in mol L⁻¹ werkt.