Door Lee Johnson • Bijgewerkt op 24 maart 2022

Chemisch evenwicht beschrijft de stabiele toestand van een omkeerbare reactie waarbij reactanten met gelijke snelheden in producten worden omgezet en omgekeerd. In de praktijk kwantificeren scheikundigen dit evenwicht met behulp van de evenwichtsconstante Kp , die de partiële drukken van de betrokken gassen met elkaar verbindt.

De evenwichtsconstante begrijpen

Voor een algemene gasfasereactie:

\(aA(g)+bB(g)\rechtslinksharpoenen cC(g)+dD(g)\)

de evenwichtsconstante wordt gedefinieerd als:

\(K_p =\frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b}\)

Wanneer alle stoichiometrische coëfficiënten gelijk zijn aan één, wordt de uitdrukking vereenvoudigd tot ‘producten over reactanten’. Deze vorm is alleen geldig bij evenwicht.

Soms zie je de evenwichtsconstante uitgedrukt in termen van molaire concentraties, Kc , gerelateerd aan Kp door:

\(K_p =K_c (RT)^{\Delta n}\)

waarbij Δn de verandering is in het aantal gasmollen tussen producten en reactanten.

De vergelijking herschikken om evenwichtsdruk te vinden

De belangrijkste stap is het introduceren van de variabele x , wat de verandering in druk vertegenwoordigt van de beginwaarde naar evenwicht. Stel dat de begindruk van elke reactant P_i is en de producten beginnen bij nuldruk. Vervolgens kan elke evenwichtsdruk worden uitgedrukt in termen van x .

Met alle coëfficiënten ingesteld op één, de Kp expressie wordt:

\(\begin{uitgelijnd}K_p &=\frac{x^2}{(P_i - x)^2}\end{uitgelijnd}\)

Oplossen voor x geeft:

\(x =\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}}\)

De partiële evenwichtsdruk van een reactant is P_i - x , terwijl die van een product simpelweg x is .

Voorbeeld:productie van chloormethaan

Kijk eens naar de reactie:

\(\text{CH}_3\text{OH(g)} + \text{HCl(g)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{Cl(g)} + \text{H}_2\text{O(g)}\)

Met Kp =5{}900 en een initiële druk P_i =0,75  atm voor elke reactant, bereken x :

\(\begin{uitgelijnd} x &=\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}} \\ &=\frac{\sqrt{5900}\times 0,75\;\text{atm}}{1 + \sqrt{5900}} \\ &\ approx 0,74\;\text{atm}\end{uitgelijnd}\)

De evenwichtsdruk van elk product is dus ongeveer 0,74 atm, en die van elke reactant is 0,75 - 0,74 =0,01  pinautomaat

Door deze systematische aanpak te volgen, kunt u nauwkeurig de evenwichtsdrukken bepalen voor elke gasfasereactie.