Back to chapter

14.8:

Principe van Le Chatelier: Verandering in Volume

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 Volume (Pressure)

Languages

Share

Het principe van Le Châtelier kan worden gebruikt om te voorspellen hoe een systeem in evenwicht zou reageren op de spanning van een verandering in volume of druk. Het volume van een gas is omgekeerd evenredig met zijn druk;daarom verhoogt een afname van het volume voor een systeem in evenwicht de druk en verstoort het het evenwicht. Als reactie daarop zal de evenwichtspositie in een richting verschuiven om de spanning te minimaliseren.De ideale gaswet stelt dat de druk van een gas recht evenredig is met het aantal mol. De richting van de verschuiving die nodig is om het evenwicht te herstellen is dus afhankelijk van het aantal mol gasdeeltjes aan weerszijden van de reactie. Omdat meer mol gas resulteert in een hogere druk, verschuift een toename van de druk de evenwichtspositie naar de kant met minder mol om de druk te verlagen.Evenzo verschuift een afname van de druk de evenwichtspositie naar de kant met meer molen gas. Overweeg een chemisch evenwicht, waarbij één mol gasvormig fosforpentachloride uiteenvalt in één mol fosfortrichloride en één mol chloorgas in totaal twee mol product. Als de zuiger naar beneden wordt gedrukt, neemt het volume van het evenwichtssysteem af, waardoor de druk toeneemt.Dit verstoort het evenwicht en resulteert in Q groter dan K.Dus verschuift de evenwichtspositie naar de reactanten, met minder molen gasdeeltjes, om de druk te verlagen en het evenwicht te herstellen. Omgekeerd verhoogt het omhoog trekken van de zuiger het volume en verlaagt de druk. In dit geval wordt Q kleiner dan K.Om de druk te verhogen, verschuift de evenwichtspositie naar de producten, de kant met de meeste molen gas, en herstelt het evenwicht.Het verhogen van de druk door een inert gas toe te voegen aan een evenwichtsmengsel bij constant volume, heeft geen invloed op het evenwicht omdat de partiële drukken van de gasvormige reactanten en producten ongewijzigd blijven. Voor evenwichtssystemen met een gelijk aantal mol gasvormige reactanten en producten, zoals de reactie tussen jodiumgas en chloorgas om jodiummonochloride te produceren, zal een verandering in het volume van het systeem geen effect hebben op het evenwicht.

14.8:

Principe van Le Chatelier: Verandering in Volume

For gas-phase equilibria, changes in the concentrations of reactants and products can occur with altered volume and pressure. The partial pressure, P, of an ideal gas is proportional to its molar concentration, M.

Eq1

So changes in the partial pressures of any reactant or product are essentially changes in concentrations; therefore, these changes yield the same effects on equilibria. Aside from adding or removing reactants or products, the pressures (concentrations) of species in a gas-phase equilibrium can also be changed by changing the volume occupied by the system. Since all species of a gas-phase equilibrium occupy the same volume, a given change in volume will cause the same change in concentration for both reactants and products. In order to discern what shift, if any, this type of stress will induce, the stoichiometry of the reaction must be considered.

At equilibrium, the reaction N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 NO (g) is described by the reaction quotient

Eq2

If the volume occupied by an equilibrium mixture of these species is decreased by a factor of 3, the partial pressures of all three species will be increased by a factor of 3:

Eq3

And so, changing the volume of this gas-phase equilibrium mixture does not result in a shift of the equilibrium.

A similar treatment of a different system, 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 SO3 (g), however, yields a different result:

Eq4

In this case, the change in volume results in a reaction quotient smaller than the equilibrium constant, and so the equilibrium will shift right.

These results illustrate the relationship between the stoichiometry of a gas-phase equilibrium and the effect of a volume-induced pressure (concentration) change. If the total molar amounts of reactants and products are equal, as in the first example, a change in volume does not shift the equilibrium. If the molar amounts of reactants and products are different, a change in volume will shift the equilibrium in a direction that better “accommodates” the volume change. In the second example, three moles of reactant (SO2 and O2) yield two moles of product (SO3), and so decreasing the system volume causes the equilibrium to shift right since the forward reaction produces less gas (2 mol) than the reverse reaction (3 mol). Conversely, increasing the volume of this equilibrium system would result in a shift towards reactants.

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