Evenwichten

Evenwichten

Welkom

In deze wikiwijs behandelen we chemische evenwichten. Het arrangement bestaat vooral uit korte instructievideo's afgewisseld met wat uitleg.

Als voorkennis zorg je dat je de wikiwijs "chemische industrie" hebt bekeken.

Tussendoor werk je aan de opdracht "Gold Rush". Deze opdracht is gesplitst in drie delen; elk deel toetst het begrip van de lesstof die daarvoor is behandeld. Gezamenlijk is het een soort diagnostische toets voor het gehele onderwerp evenwichten. Je docent kijkt de opdracht na of geeft je een nakijkblad.

Veel succes!

Evenwichtsreacties

Wat is een evenwichtsreactie?

Tot nu toe heb je chemische reactie leren kennen als aflopende reacties: als de beginstoffen in de juiste molverhouding gemengd worden ben je deze na afloop van de reactie kwijt. In plaats daarvan heb je één of meerdere producten gekregen.

Bekende voorbeelden van aflopende reacties zijn verbrandingsreacties en neerslagreacties. Neem bijvoorbeeld het verbranden van methaan:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Zolang er voldoende zuurstof is zal alle methaan verbranden en worden omgezet in koolstofdioxide en water. De reactie is NIET omkeerbaar: je kunt methaan niet terugvormen door koolstofdioxide en water samen te voegen...

Maar lang niet alle chemische reactie zijn aflopend. Er bestaan ook vele omkeerbare reacties, waarbij een evenwicht ontstaat tussen het vormen en afbreken van het product. Je herkent dit in de reactievergelijking aan een dubbele pijl (⇄). Bij een evenwichtsreactie zullen na afloop van de reactie NIET alle beginstoffen verdwenen zijn. In plaats daarvan eindig je in een situatie waarbij continu product gemaakt wordt én weer afgebroken wordt tot de beginstoffen (vandaar de dubbele pijl...).

Een bekend voorbeeld is het vormen van ammoniak uit stikstof en waterstof:

N2 + 3 H2 ⇄ 2 NH3

Deze reactie is van wereldbelang omdat ammoniak een belangrijke grondstof is voor kunstmest. We gaan deze evenwichtsreactie in een grafiek uitzetten. Klik op "volgende".

Evenwichtsreacties in een grafiek

Kijk eens goed naar de grafieken hieronder. In de linker grafiek staat voor het ammoniak evenwicht de concentratie van de drie betrokken stoffen uitgezet tegen de tijd. In het begin is er nog helemaal geen ammoniak, alleen maar waterstof en stikstof. Deze reageren waarbij ammoniak ontstaat. Daardoor dalen de concentraties waterstof en stikstof, terwijl de concentratie ammoniak stijgt. Op een gegeven moment, na de zogenoemde "insteltijd", wordt echter een evenwicht bereikt: de concentraties van de stoffen zullen dan niet meer veranderen.

Dit betekent niet dat er geen reacties meer plaatsvinden! Kijk maar eens naar de rechter grafiek. Deze zet de  reactiesnelheden van de heengaande én teruggaande reactie van dit evenwicht uit tegen de tijd. Je ziet dat de snelheid van de heengaande reactie (het vormen van ammoniak) op tijdstip 0 groot is: er is immers veel waterstof en stikstof om samen te reageren! De snelheid van de teruggaande reactie is dan nog nul: om ammoniak weer op te breken moet je het wel eerst vormen...

Tijdens de insteltijd neemt de snelheid van de heengaande reactie af terwijl de snelheid van de teruggaande reactie toeneemt. Als beide snelheden aan elkaar gelijk zijn hebben we het evenwicht bereikt. Daarbij is er dus wel degelijk nog sprake van reacties, alleen wordt er net zo snel ammoniak gevormd als dat het afgebroken wordt!

Een concentratie-tijd en reactiesnelheid-tijd grafiek voor het ammoniak evenwicht.
Een concentratie-tijd en reactiesnelheid-tijd grafiek voor het ammoniak evenwicht.

Mocht je nog wat extra uitleg willen over het begrijpen van deze grafieken, kijk dan eventueel nog eens naar de onderstaande video. Hierin wordt het aan de hand van een feest met dansvloer uitgelegd!

Uitleg over reactiesnelheid-tijd en concentratie-tijd grafieken bij evenwichtsreacties

Rekenen aan evenwichten: het BOEM schema

Rekenen aan evenwichtsreacties: het BOEM-schema

Opdracht: Gold Rush (deel 1)

Open bestand Opdracht "Gold Rush" deel 1

De evenwichtsvoorwaarde

Concentratiebreuk

Om te kunnen rekenen aan evenwichten gebruiken we regelmatig de concentratiebreuk. Bekijk de video hieronder zodat je zelf een concentratiebreuk kunt opstellen bij een evenwichtsreactie.

Uitleg over het opstellen van de concentratiebreuk bij een evenwichtsreactie

Evenwichtsvoorwaarde

Korte uitleg over het opstellen van de evenwichtsvoorwaarde

Rekenen met de evenwichtsvoorwaarde

Met behulp van de evenwichtsvoorwaarde kunnen we verschillende vraagstukken beantwoorden.

  • Uitrekenen of er sprake is van een evenwicht (bij gegeven concentraties én gegeven evenwichtsconstante K)
  • Uitrekenen van de evenwichtsconstante K (bij gegeven concentraties)
  • Uitrekenen van een onbekende concentratie (bij gegeven evenwichtsconstante K en de overige concentraties)

Hoewel de vraagstelling kan verschillen, komt het altijd neer op:

  1. het opstellen van de evenwichtsvoorwaarde.
  2. het invullen van de bekende gegevens. Soms zul je echter eerst een BOEM tabel moeten opstellen om de concentraties tijdens het evenwicht te berekenen.
  3. het berekenen van het onbekende (gevraagde) gegeven.

Hieronder kun je twee uitgewerkte voorbeeldopgaven vinden.

Is er sprake van een evenwicht? Berekening mbv evenwichtsvoorwaarde

Berekening van de evenwichtsconstante K mbv de evenwichtsvoorwaarde en BOEM-tabel

Opdracht: Gold Rush (deel 2)

Open bestand Opdracht "Gold Rush" deel 2

Verstoren van een evenwicht

Principe van Le Chatelier

Korte introductie over het principe van Le Chatelier

Evenwichtsverstoringen

Op deze pagina staan drie video's waarin een evenwichtsverstoring wordt uitgelegd aan de hand van de evenwichtsvoorwaarde en het principe van Le Chatelier. De volgende evenwichtsverstoringen worden besproken:

  • Verandering van concentratie van een stof (hier: stof toevoegen). Bovendien kun je deze aanpak ook gebruiken om uit te leggen wat er gebeurt wanneer je juist een stof continu verwijderd (eigenlijk het omgekeerde): je krijgt dan een aflopende reactie!
  • Verandering van druk / volume (hier: druk verhoging = volume verkleining). Ook hier kun je de getoonde aanpak gebruiken om het omgekeerde uit te leggen: wat gebeurt er bij drukverlaging / verdunning.
  • Verandering van temperatuur.

Na het zien van deze video's zou je zelf voor een gegeven evenwichtsverstoring aan de hand van de evenwichtsvoorwaarde moeten kunnen uitleggen hoe het evenwicht verschuift en wat er met de evenwichtsconstante K gebeurt.

Uitleg evenwichtsverstoring: verandering van concentratie (hier: stof toevoegen). Overigens kun je deze uitleg ook "andersom" gebruiken om uit te leggen dat een reactie aflopend wordt als je continu een stof weghaalt.

Uitleg evenwichtsverstoring: verandering van druk / volume (hier: druk verdubbelen). Overigens kun je deze uitleg ook "andersom" gebruiken om uit te leggen wat er gebeurt bij bijvoorbeeld verdunnen van een oplossing.

Uitleg evenwichtsverstoring: verandering van temperatuur.

Opdracht: Gold Rush (deel 3)

Open bestand Opdracht "Gold Rush" deel 3

  • Het arrangement Evenwichten is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Galvin Vredenburg Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
    Laatst gewijzigd
    2016-10-02 23:52:06
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Uitleg over chemische evenwichten voor vwo leerlingen. Voornamelijk korte instructie-video's over het rekenen aan chemische evenwichten, rekenen met de evenwichtsvoorwaarde en het beredeneren aan evenwichtsverstoringen.
    Leerniveau
    VWO 4; VWO 5;
    Leerinhoud en doelen
    Chemisch evenwicht; Scheikunde; Reactiviteit;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Trefwoorden
    boem-schema, boem-tabellen, evenwicht, evenwichtsconstante, evenwichtsverschuiving, evenwichtsverstoring, evenwichtsvoorwaarde, le chatelier

    Bronnen

    Bron Type
    Uitleg over reactiesnelheid-tijd en concentratie-tijd grafieken bij evenwichtsreacties
    https://youtu.be/KQ25y_Y0Krk     		Video
    Rekenen aan evenwichtsreacties: het BOEM-schema
    https://youtu.be/pdnwD-vTg_E     		Video
    Uitleg over het opstellen van de concentratiebreuk bij een evenwichtsreactie
    https://youtu.be/NiFl0uAGArA     		Video
    Korte uitleg over het opstellen van de evenwichtsvoorwaarde
    https://youtu.be/_B3c5T7-CUE     		Video
    Is er sprake van een evenwicht? Berekening mbv evenwichtsvoorwaarde
    https://youtu.be/Cj4nkDX6nF0     		Video
    Berekening van de evenwichtsconstante K mbv de evenwichtsvoorwaarde en BOEM-tabel
    https://youtu.be/zbZ9yRBOLX0     		Video
    Korte introductie over het principe van Le Chatelier
    https://youtu.be/uhy27hQHXCE     		Video
    Uitleg evenwichtsverstoring: verandering van concentratie (hier: stof toevoegen). Overigens kun je deze uitleg ook "andersom" gebruiken om uit te leggen dat een reactie aflopend wordt als je continu een stof weghaalt.
    https://youtu.be/-28FNXPY8Eo     		Video
    Uitleg evenwichtsverstoring: verandering van druk / volume (hier: druk verdubbelen). Overigens kun je deze uitleg ook "andersom" gebruiken om uit te leggen wat er gebeurt bij bijvoorbeeld verdunnen van een oplossing.
    https://youtu.be/rEPbHQPlIwk     		Video
    Uitleg evenwichtsverstoring: verandering van temperatuur.
    https://youtu.be/Snm9XqUSucI     		Video
  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van