7.1 Likevekt og likevektskonstanten | Kjemi 1

Forstå kjemisk likevekt og hvordan likevektskonstanten beskriver reaksjoner.

55 min

15 oppgaver

Kjemisk likevektLikevektskonstanten KDynamisk likevektLikevektsuttrykk

Din fremgang i kapitlet

0 / 15 oppgaver

Reversible reaksjoner

De fleste kjemiske reaksjoner vi har sett så langt har gått i én retning:

$\text{Reaktanter} \rightarrow \text{Produkter}$

Men mange reaksjoner er reversible – de kan gå i begge retninger:

$\text{Reaktanter} \rightleftharpoons \text{Produkter}$

Fremoverreaksjonen: Reaktanter → Produkter
Bakoverreaksjonen: Produkter → Reaktanter

Eksempel: Dannelse av ammoniakk

$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$

- Fremover: Nitrogen og hydrogen reagerer til ammoniakk
- Bakover: Ammoniakk dekomponerer til nitrogen og hydrogen

Viktig: Symbol $\rightleftharpoons$ betyr at reaksjonen går i begge retninger samtidig!

✏️Eksempel 1: Reversibel reaksjon

Skriv den reversible reaksjonen for dannelse av hydrogeniodfid (HI) fra hydrogen (H₂) og jod (I₂).

Løsning:

Fremoverreaksjon: H₂ + I₂ → 2 HI
Bakoverreaksjon: 2 HI → H₂ + I₂

Reversibel reaksjon:

$\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{HI}(g)$

Dette betyr at både dannelse og nedbrytning av HI skjer samtidig.

📝Oppgave 7-1

Reversible reaksjoner:

Hva betyr symbolet ⇌ i en kjemisk reaksjon?

Skriv den reversible reaksjonen: 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃

Hva er fremoverreaksjonen i b)?

Dynamisk likevekt

Når en reversibel reaksjon pågår i et lukket system, vil den til slutt nå likevekt.

Hva er kjemisk likevekt?

Kjemisk likevekt oppstår når:

1. Fremoverfarten = Bakfarten
2. Konsentrasjonene av reaktanter og produkter forblir konstante
3. Både fremover- og bakoverreaksjonen fortsetter å skje

Dette kalles dynamisk likevekt fordi reaksjonene fortsetter, men det er ingen netto endring.

Graf: Konsentrasjoner i likevekt

``[Konsentrasjon] ↑ │ [Reaktanter] │ ───────────────────── (konstant) │ │ [Produkter] │ ─────────────── (konstant) │ │ ↑ Likevekt nådd │ └────────────────────────────→ Tid`

Viktig: I likevekt endres IKKE konsentrasjonene, men reaksjonene pågår fortsatt!

`Graf: Reaksjonsfart i likevekt`

`Fart ↑ │ Fremoverfart │ ╲ │ ╲ │ ─────────────────── (konstant) │ ╱ Bakfart │ ╱ │ ╱ │ ↑ Likevekt nådd │ └────────────────────────────→ Tid``

Ved likevekt: $v_\text{frem} = v_\text{bak}$

✏️Eksempel 2: Dynamisk likevekt

For reaksjonen N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) er følgende observert:

- Ved t = 0: [N₂O₄] = 1,0 M, [NO₂] = 0 M
- Ved likevekt: [N₂O₄] = 0,6 M, [NO₂] = 0,8 M

a) Hva skjedde med [N₂O₄]?
b) Er systemet i likevekt?

Løsning:

a) Endring i [N₂O₄]:
$\Delta[\text{N}_2\text{O}_4] = 0{,}6 - 1{,}0 = -0{,}4 \text{ M}$

Konsentrasjonen av N₂O₄ sank med 0,4 M (dekomponerte til NO₂).

b) Likevekt:
Ved likevekt forblir konsentrasjonene konstante:
- [N₂O₄] = 0,6 M (konstant)
- [NO₂] = 0,8 M (konstant)

Ja, systemet er i dynamisk likevekt. Reaksjonene fortsetter, men fremoverfart = bakfart.

📝Oppgave 7-2

Dynamisk likevekt:

Hva betyr "dynamisk" i dynamisk likevekt?

I likevekt: fremoverfart = ?

Endres konsentrasjonene i likevekt?

Likevektsuttrykk og likevektskonstanten K

For en reversibel reaksjon:

$a\text{A} + b\text{B} \rightleftharpoons c\text{C} + d\text{D}$

kan vi sette opp likevektsuttrykket:

$K = \frac{[\text{C}]^c \cdot [\text{D}]^d}{[\text{A}]^a \cdot [\text{B}]^b}$

Viktige regler

1. Produkter i teller, reaktanter i nevner
2. Konsentrasjonene opphøyes i koeffisientene fra den balanserte ligningen
3. K er en konstant ved gitt temperatur
4. Rene faste stoffer og væsker inkluderes IKKE (kun gasser og løste stoffer)

Eksempel: Ammoniakksyntese

$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$

$K = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2] \cdot [\text{H}_2]^3}$

Merk: NH₃ har koeffisient 2, så konsentrasjonen kvadreres. H₂ har koeffisient 3, så konsentrasjonen kubes.

✏️Eksempel 3: Likevektsuttrykk

Sett opp likevektsuttrykket for følgende reaksjoner:

a) H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g)
b) 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g)
c) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

Løsning:

a) H₂ + I₂ ⇌ 2 HI

$K = \frac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2] \cdot [\text{I}_2]}$

b) 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃

$K = \frac{[\text{SO}_3]^2}{[\text{SO}_2]^2 \cdot [\text{O}_2]}$

c) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

$K = [\text{CO}_2]$

Merk: CaCO₃ og CaO er faste stoffer og inkluderes IKKE i K-uttrykket.

📝Oppgave 7-3

Sett opp likevektsuttrykk (K) for følgende reaksjoner:

N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g)

PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)

2 NO(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO₂(g)

Beregning av likevektskonstanten K

For å beregne K trenger vi likevektskonsentrasjonene av alle stoffer.

Fremgangsmåte

1. Sett opp likevektsuttrykket K
2. Sett inn likevektskonsentrasjonene
3. Regn ut K

Eksempel: Beregning av K

For H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) er likevektskonsentrasjonene:
- [H₂] = 0,20 M
- [I₂] = 0,20 M
- [HI] = 1,60 M

$K = \frac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2] \cdot [\text{I}_2]} = \frac{(1{,}60)^2}{(0{,}20) \cdot (0{,}20)} = \frac{2{,}56}{0{,}04} = 64$

Viktig: K har ingen enhet når antall partikler i teller = nevner.

✏️Eksempel 4: Beregning av K

For reaksjonen N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) er likevektskonsentrasjonene:
- [N₂O₄] = 0,50 M
- [NO₂] = 0,40 M

Beregn K.

Løsning:

Trinn 1: Sett opp likevektsuttrykket

$K = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{N}_2\text{O}_4]}$

Trinn 2: Sett inn likevektskonsentrasjonene

$K = \frac{(0{,}40)^2}{0{,}50}$

Trinn 3: Regn ut

$K = \frac{0{,}16}{0{,}50} = 0{,}32$

Svar: K = 0,32 (ved gitt temperatur)

📝Oppgave 7-4

Beregn likevektskonstanten K:

H₂ + I₂ ⇌ 2 HI. Ved likevekt: [H₂] = 0,10 M, [I₂] = 0,10 M, [HI] = 0,80 M.

PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂. Ved likevekt: [PCl₅] = 0,20 M, [PCl₃] = 0,10 M, [Cl₂] = 0,10 M.

2 NO₂ ⇌ N₂O₄. Ved likevekt: [NO₂] = 0,60 M, [N₂O₄] = 0,90 M.

Tolkning av K-verdier

Likevektskonstanten K forteller oss hvor likevekten ligger:

K >> 1 (K mye større enn 1)

- Mange produkter, få reaktanter ved likevekt
- Likevekten ligger langt til høyre
- Reaksjonen går nesten fullstendig fremover

Eksempel: K = 1000 → Mye produkter

K << 1 (K mye mindre enn 1)

- Få produkter, mange reaktanter ved likevekt
- Likevekten ligger langt til venstre
- Reaksjonen går svært lite fremover

Eksempel: K = 0,001 → Lite produkter

K ≈ 1

- Omtrent like mye reaktanter og produkter
- Likevekten ligger midt i

Oppsummering

K-verdi	Likevektsblandingen inneholder	Likevektens posisjon
K >> 1	Mest produkter	Høyre (fremover)
K ≈ 1	Omtrent likt	Midt i
K << 1	Mest reaktanter	Venstre (bakover)

Viktig: K forteller IKKE hvor raskt likevekt oppnås, bare hvor likevekten ligger!

✏️Eksempel 5: Tolkning av K

For følgende reaksjoner, hva forteller K-verdien om likevekten?

a) N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃, K = 0,0001 (ved 500°C)
b) H₂ + I₂ ⇌ 2 HI, K = 50 (ved 450°C)

Løsning:

a) K = 0,0001 << 1

K er mye mindre enn 1.
- Likevekten ligger langt til venstre
- Ved likevekt er det mest N₂ og H₂, lite NH₃
- Ammoniakkproduksjonen er lav ved 500°C

b) K = 50 >> 1

K er mye større enn 1.
- Likevekten ligger langt til høyre
- Ved likevekt er det mest HI, lite H₂ og I₂
- Reaksjonen går nesten fullstendig fremover

Svar:
- a) Lite produkter (NH₃), mest reaktanter
- b) Mye produkter (HI), få reaktanter

📝Oppgave 7-5

Tolkning av K-verdier:

K = 0,00001. Inneholder likevektsblandingen mest reaktanter eller produkter?

K = 5000. Hvor ligger likevekten?

K = 1,2. Hva kan vi si om blandingen?

Kc og Kp

Det finnes to typer likevektskonstanter:

Kc (konsentrasjonslikevekt)

Bruker konsentrasjoner (mol/L eller M):

$K_c = \frac{[\text{Produkter}]}{[\text{Reaktanter}]}$

Brukes for: Løsninger og gassreaksjoner (med konsentrasjon)

Kp (trykklikevekt)

Bruker partialtrykk (atm, bar, Pa):

$K_p = \frac{P_\text{produkter}}{P_\text{reaktanter}}$

Brukes for: Gassreaksjoner (med trykk)

Sammenheng mellom Kc og Kp

For gassreaksjoner gjelder:

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

hvor:
- R = gasskonstanten (0,0821 L·atm/(mol·K))
- T = temperatur i Kelvin
- Δn = (mol gassprodukt) − (mol gassreaktant)

Når er Kp = Kc?

Når Δn = 0 (like mange gassmolekyler på hver side), da er Kp = Kc.

Eksempel: H₂ + I₂ ⇌ 2 HI
- Reaktanter: 1 + 1 = 2 mol gass
- Produkter: 2 mol gass
- Δn = 2 − 2 = 0
- Kp = Kc

✏️Eksempel 6: Kc og Kp

For reaksjonen N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g):

a) Hva er Δn?
b) Er Kp = Kc?

Løsning:

a) Beregn Δn:

Reaktanter: 1 mol N₂ + 3 mol H₂ = 4 mol gass
Produkter: 2 mol NH₃

$\Delta n = 2 - 4 = -2$

b) Er Kp = Kc?

Siden Δn ≠ 0, er Kp ≠ Kc.

Sammenhengen er:
$K_p = K_c(RT)^{-2}$

Svar:
- a) Δn = −2
- b) Nei, Kp ≠ Kc (fordi Δn ≠ 0)

📝Oppgave 7-6

Kc og Kp:

Hva måler Kc?

Hva måler Kp?

For H₂ + I₂ ⇌ 2 HI: Er Δn = 0?

Er Kp = Kc for H₂ + I₂ ⇌ 2 HI?

📝Oppgave 7-7

For reaksjonen 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g):

Sett opp likevektsuttrykket K.

Ved likevekt: [SO₂] = 0,20 M, [O₂] = 0,10 M, [SO₃] = 0,80 M. Beregn K.

Hva forteller K = 160 om likevekten?

📝Oppgave 7-8

For reaksjonen PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g):

Sett opp likevektsuttrykket.

Ved likevekt: [PCl₅] = 0,40 M, [PCl₃] = 0,20 M, [Cl₂] = 0,20 M. Beregn K.

Hva er Δn for denne reaksjonen?

Er Kp = Kc for denne reaksjonen?

📝Oppgave 7-9

Sant eller usant?

I dynamisk likevekt stopper reaksjonene.

K er konstant ved gitt temperatur.

K >> 1 betyr at det er mest reaktanter.

Rene faste stoffer inkluderes i K-uttrykket.

📝Oppgave 7-10

For reaksjonen N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) ved 100°C er K = 0,36.

Hvis [N₂O₄] = 1,0 M ved likevekt, hva er [NO₂]?

Hva forteller K = 0,36 om likevekten?

📝Oppgave 7-11

Hvilke av disse stoffene inkluderes i K-uttrykket?

O₂(g)

NaCl(s)

H₂O(l)

NH₃(aq)

📝Oppgave 7-12

For reaksjonen CO(g) + 2 H₂(g) ⇌ CH₃OH(g):

Sett opp K.

Hva er Δn?

Er Kp = Kc?

📝Oppgave 7-13

For reaksjonen 2 NO(g) + Br₂(g) ⇌ 2 NOBr(g):

Sett opp K.

Ved likevekt: [NO] = 0,10 M, [Br₂] = 0,05 M, [NOBr] = 0,40 M. Beregn K.

Ligger likevekten til høyre eller venstre?

📝Oppgave 7-14

Definisjoner og begreper:

Hva betyr reversibel reaksjon?

Hva er dynamisk likevekt?

Hva måler likevektskonstanten K?

📝Oppgave 7-15

For reaksjonen H₂(g) + CO₂(g) ⇌ H₂O(g) + CO(g) er K = 1,0 ved 1000 K.

Hvis [H₂] = [CO₂] = 0,50 M ved likevekt, hva kan vi si om [H₂O] og [CO]?

Hva betyr K = 1,0 for denne reaksjonen?

Dynamisk likevekt

Når en reversibel reaksjon pågår i et lukket system, vil den til slutt nå likevekt.

Hva er kjemisk likevekt?

Kjemisk likevekt oppstår når:

1. Fremoverfarten = Bakfarten
2. Konsentrasjonene av reaktanter og produkter forblir konstante
3. Både fremover- og bakoverreaksjonen fortsetter å skje

Dette kalles dynamisk likevekt fordi reaksjonene fortsetter, men det er ingen netto endring.

Graf: Konsentrasjoner i likevekt

Viktig: I likevekt endres IKKE konsentrasjonene, men reaksjonene pågår fortsatt!

`Graf: Reaksjonsfart i likevekt`

Ved likevekt: $v_\text{frem} = v_\text{bak}$

K-verdi

Likevektsblandingen inneholder

Likevektens posisjon

K >> 1

Mest produkter

Høyre (fremover)

K ≈ 1

Omtrent likt

Midt i

K << 1

Mest reaktanter

Venstre (bakover)