Back to chapter

14.9:

Principe van Le Chatelier: Verandering in Temperatuur

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 Temperature

Languages

Share

Temperatuur beïnvloedt de snelheid van een chemische reactie;daarom werkt een verandering in temperatuur voor een reactie bij evenwicht als een belasting voor het systeem. Het principe van Le Châtelier voorspelt hoe het systeem zal reageren om dergelijke storingen tot een minimum te beperken. Een verandering in de temperatuur verandert de waarde van de evenwichtsconstante, in tegenstelling tot een verandering in concentratie of volume, die het evenwicht verschuift zonder de waarde van K te veranderen.Beschouw de ontleding van gasvormig fosforpentachloride in fosfortrichloride en chloorgas. Voor deze endotherme reactie kan de geabsorbeerde warmte worden gezien als een reactant. Een temperatuurstijging voegt warmte toe aan het systeem, vergelijkbaar met het toevoegen van meer reactant.De evenwichtspositie verschuift dus naar de producten en produceert meer fosfortrichloride en chloor om de extra warmte te verbruiken omdat de waarde van de evenwichtsconstante, K, is toegenomen. Aan de andere kant verwijdert een temperatuurdaling warmte uit het systeem, vergelijkbaar met het verwijderen van een reactant. De evenwichtspositie verschuift naar de reactanten en produceert meer fosforpentachloride om warmte vrij te maken omdat de waarde van K is afgenomen.Voor een exotherme reactie, zoals de gasvormige reactie tussen zwaveldioxide en zuurstof om zwaveltrioxide te produceren, kan de vrijkomende warmte worden beschouwd als een product. Een temperatuurstijging is vergelijkbaar met het toevoegen van meer van een product. Hierdoor verschuift de evenwichtspositie naar de reactanten, waardoor er meer zwaveldioxide en zuurstof wordt geproduceerd om een deel van de toegevoegde warmte te absorberen omdat de waarde van K is afgenomen.Omgekeerd, door de temperatuur van deze exotherme reactie te verlagen, wordt warmte verwijderd, zoals het verwijderen van een product. De evenwichtspositie verschuift naar de producten en produceert meer zwaveltrioxide om warmte af te geven naarmate K is toegenomen. Aldus begunstigt een temperatuurstijging de producten in een endotherme reactie, terwijl een temperatuurdaling de producten in een exotherme reactie begunstigt.

14.9:

Principe van Le Chatelier: Verandering in Temperatuur

Consistent with the law of mass action, an equilibrium stressed by a change in concentration will shift to re-establish equilibrium without any change in the value of the equilibrium constant, K. When an equilibrium shifts in response to a temperature change, however, it is re-established with a different relative composition that exhibits a different value for the equilibrium constant.

To understand this phenomenon, consider the elementary reaction:

 Eq1

Since this is an elementary reaction, the rates laws for the forward and reverse may be derived directly from the balanced equation’s stoichiometry:

 Eq2

When the system is at equilibrium,

 Eq3

Substituting the rate laws into this equality and rearranging gives

 Eq4

The equilibrium constant can be expressed as a mathematical function of the rate constants for the forward and reverse reactions. Since the rate constants vary with temperature as described by the Arrhenius equation, it stands to reason that the equilibrium constant will likewise vary with temperature (assuming the rate constants are affected to different extents by the temperature change). For more complex reactions involving multistep reaction mechanisms, a similar but more complex mathematical relation exists between the equilibrium constant and the rate constants of the steps in the mechanism. Regardless of how complex the reaction may be, the temperature-dependence of its equilibrium constant persists.

Predicting the shift an equilibrium will experience in response to a change in temperature is most conveniently accomplished by considering the enthalpy change of the reaction. For example, the formation of ammonia by the Haber’s process is an exothermic (heat-producing) process:

 Eq5

For purposes of applying Le Châtelier’s principle, heat, q, may be viewed as a product:

 Eq6

Raising the temperature of the system is akin to increasing the amount of a product, and so the equilibrium will shift to the left. Lowering the system temperature will likewise cause the equilibrium to shift right. For endothermic processes, heat is viewed as a reactant of the reaction and so the opposite temperature dependence is observed.

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