Back to chapter

14.7:

Principe van Le Chatelier: Verandering in Concentratie

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Le Chatelier’s Principle: Changing Concentration

Languages

Share

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.

14.7:

Principe van Le Chatelier: Verandering in Concentratie

A system at equilibrium is in a state of dynamic balance, with forward and reverse reactions taking place at equal rates. If an equilibrium system is subjected to a change in conditions that affects these reaction rates differently (a stress), then the rates are no longer equal and the system is not at equilibrium. The system will subsequently experience a net reaction in the direction of a greater rate (a shift) that will re-establish the equilibrium. This phenomenon is summarized by Le Châtelier’s principle: if an equilibrium system is stressed, the system will experience a shift in response to the stress that re-establishes equilibrium.

Reaction rates are affected primarily by concentrations, as described by the reaction’s rate law, and temperature, as described by the Arrhenius equation. Consequently, changes in concentration and temperature are the two stresses that can shift an equilibrium.

Effect of a Change in Concentration

If an equilibrium system is subjected to a change in the concentration of a reactant or product species, the rate of either the forward or the reverse reaction will change. As an example, consider the equilibrium reaction:

Eq1

When this system is at equilibrium, the forward and reverse reaction rates are equal.

Eq2

If the system is stressed by adding reactant, either N2 or O2, the resulting increase in concentration causes the rate of the forward reaction to increase, exceeding that of the reverse reaction:

Eq3

The system will experience a temporary net reaction in the forward direction to re-establish equilibrium (the equilibrium will shift right). This same shift will result if some product NO is removed from the system, which decreases the rate of the reverse reaction, again resulting in the same imbalance in rates.

The same logic can be used to explain the left shift that results from either removing reactant or adding product to an equilibrium system. Both of these stresses result in an increased rate for the reverse reaction

Eq4

and a temporary net reaction in the reverse direction to re-establish equilibrium.

As an alternative to this kinetic interpretation, the effect of changes in concentration on equilibria can be rationalized in terms of reaction quotients. When the system is at equilibrium,

Eq5

If a reactant is added (increasing the denominator of the reaction quotient) or product is removed (decreasing the numerator), then Qc < Kc and the equilibrium will shift right. Note that the three different ways of inducing this stress result in three different changes in the composition of the equilibrium mixture. If N2 is added, the right shift will consume O2 and produce NO as equilibrium is re-established, yielding a mixture with a greater concentration of N2 and NO and a lesser concentration of O2 than was present before. If O2 is added, the new equilibrium mixture will have greater concentrations of O2 and NO and a lesser concentration of N2. Finally, if NO is removed, the new equilibrium mixture will have greater concentrations of N2 and O2 and a lesser concentration of NO. Despite these differences in composition, the value of the equilibrium constant will be the same after the stress as it was before (per the law of mass action). The same logic may be applied for stresses involving removing reactants or adding product, in which case Qc > Kc and the equilibrium will shift left.

This text has been adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 13.3 Shifting Equilibria: LeChatelier’s Principle.