14.3
Principe van Le Chatelier: concentratie veranderen
Een systeem in evenwicht bevindt zich in een staat van dynamisch evenwicht, waarbij voorwaartse en achterwaartse reacties met gelijke snelheden plaats…
Een systeem is in dynamisch evenwicht wanneer de snelheid van de voorwaartse reactie gelijk is aan de snelheid van de omgekeerde reactie. Hoewel de reactie nog steeds in beide richtingen verloopt, blijven de nettoconcentraties van reactanten en producten constant. Als op dit punt de concentratie van een reactant of product wordt veranderd, bijvoorbeeld door extra molecuul A toe te voegen of door een molecuul C te verwijderen, wordt het evenwicht verstoord.
Dergelijke veranderingen zijn spanningen op het systeem. Volgens het principe van Le Châtelier verschuift de evenwichtspositie in een richting om de spanning te minimaliseren en het evenwicht te herstellen wanneer een systeem in evenwicht wordt gestrest als gevolg van een verandering in concentratie, een verandering in volume of druk, of een verandering in temperatuur. Denk, om de reactie van een systeem op concentratieveranderingen te begrijpen, aan twee verbonden watertanks, A en B.Aanvankelijk is het waterpeil in de twee tanks gelijk en is het systeem in evenwicht.
Vervolgens wordt water toegevoegd aan tank B.Deze spanning verhoogt het waterpeil in tank B en verstoort het evenwicht. Om deze spanning te compenseren, stroomt een deel van het water in tank A om het evenwicht te herstellen. Omgekeerd, als water uit tank B wordt verwijderd, veroorzaakt het verlagen van het waterpeil ook stress.
Bijgevolg stroomt water uit tank A in tank B om het evenwicht te herstellen. Voor een systeem in evenwicht is het reactiequotiënt gelijk aan de evenwichtsconstante. Het toevoegen van meer reactanten aan het evenwichtsmengsel verlaagt Q.Volgens het principe van Le Châtelier minimaliseert het systeem deze spanning door de evenwichtspositie naar de producten te verschuiven om de toegevoegde reactant te verbruiken en het evenwicht te herstellen.
Evenzo zal het verwijderen van een product uit het evenwichtsmengsel leiden tot een soortgelijke reactie om het evenwicht te herstellen. Daarentegen verhoogt het toevoegen van meer producten de Q.Aldus verschuift de evenwichtspositie naar de reactanten om het toegevoegde product te verbruiken en het evenwicht te herstellen. Een verandering in concentratie verschuift de evenwichtspositie zonder de waarde van K te veranderen.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What happens to an equilibrium system when you add more reactant?
Adding reactant decreases the reaction quotient (Q), causing the equilibrium to shift toward products. This shift consumes the added reactant and re-establishes equilibrium. The system minimizes the stress by expending the extra reactant molecules to restore balance between forward and reverse reaction rates.
Q2: How does removing a product affect a system at equilibrium?
Removing product decreases the reaction quotient, triggering a forward shift in equilibrium. The system responds by shifting toward products to replace the removed molecules and restore equilibrium. This shift consumes reactants and produces more product until balance is reestablished between reaction rates.
Q3: What is Le Châtelier's principle and how does it explain concentration changes?
Le Châtelier's principle states that when an equilibrium system is stressed by a concentration change, the system shifts to minimize that stress and restore equilibrium. The equilibrium position shifts in the direction that counteracts the stress, whether reactants or products are added or removed, without changing the equilibrium constant value.
Q4: Why does adding product to an equilibrium mixture cause a leftward shift?
Adding product increases the reaction quotient (Q) above the equilibrium constant (K), making Q greater than K. The system responds by shifting left toward reactants to consume the excess product and re-establish equilibrium. This leftward shift reduces product concentration back to its equilibrium value.
Q5: Does the equilibrium constant change when you alter the concentration of reactants or products?
No, the equilibrium constant remains unchanged when concentrations are altered. Although the equilibrium position shifts to a new composition, the value of K stays the same. Concentration changes shift equilibrium without affecting the fundamental relationship defined by the equilibrium constant expression.
Q6: How can you predict which direction an equilibrium will shift using the reaction quotient?
Compare the reaction quotient (Q) to the equilibrium constant (K). If Q is less than K, the equilibrium shifts right toward products. If Q is greater than K, the equilibrium shifts left toward reactants. This comparison allows you to predict the direction of shift before the system reaches equilibrium.
Q7: What is the difference between a stress on an equilibrium system and the system's response?
A stress is the change applied to the system, such as adding or removing a reactant or product. The response is the equilibrium shift that occurs afterward to counteract that stress. The system's shift continues until the forward and reverse reaction rates are equal again, restoring dynamic equilibrium.