3.1 Likevektsbegrepet

a) Likevekt nådd ved ca. 15 minutter

Systemet når likevekt når fargen blir konstant (tid 15 min):
- Før 15 min: Fargen endres → konsentrasjonene endres
- Etter 15 min: Konstant farge → konstante konsentrasjoner
- Dette indikerer at systemet er i likevekt

b) Molekylære prosesser ved likevekt (15-30 min):

Selv om fargen er konstant, skjer reaksjonen fortsatt:

Fremoverreaksjon:
$$\text{N}_2\text{O}_4(g) \to 2\text{NO}_2(g)$$
- N₂O₄-molekyler spaltes kontinuerlig til NO₂

Bakoverreaksjon:
$$2\text{NO}_2(g) \to \text{N}_2\text{O}_4(g)$$
- NO₂-molekyler kombineres kontinuerlig til N₂O₄

Ved likevekt: $v_{\text{frem}} = v_{\text{bak}}$
- Like mange NO₂ dannes som forbrukes per tidsenhet
- Like mange N₂O₄ forbrukes som dannes per tidsenhet

c) Hvorfor konstant farge?

Fargen skyldes NO₂-konsentrasjonen:
- NO₂ er brunrød, N₂O₄ er fargeløs
- Ved likevekt: [NO₂] er konstant
- Konstant [NO₂] → konstant farge

Selv om molekyler reagerer kontinuerlig, er det ingen netto endring i konsentrasjonene.

Viktig innsikt:
Likevekt betyr IKKE at reaksjonen stopper, men at fremover- og bakoverreaksjonene skjer med samme hastighet.

a) Likevekt nådd ved ca. 50 sekunder

Fra tabell:
- Tid 0-40 s: Konsentrasjonene endres
- Tid 50-60 s: Konsentrasjonene er konstante
- Likevekt etablert mellom 40-50 s

b) Likevektskonsentrasjoner (ved t ≥ 50 s):

$$[\text{H}_2]_{\text{likevekt}} = 0{,}27 \, \text{M}$$
$$[\text{I}_2]_{\text{likevekt}} = 0{,}27 \, \text{M}$$
$$[\text{HI}]_{\text{likevekt}} = 1{,}46 \, \text{M}$$

c) Beskrivelse av prosessen:

Før likevekt (0-40 s):

Initiell tilstand (t = 0):
- Kun reaktanter: [H₂] = [I₂] = 1,00 M
- Ingen produkter: [HI] = 0 M
- Kun fremoverreaksjon: H₂ + I₂ → 2HI

Under reaksjonen (0-40 s):
- [H₂] og [I₂] avtar (forbrukes)
- [HI] øker (dannes)
- Fremoverhastighet > bakoverhastighet

Nær likevekt (40 s):
- Hastighetsforskjellen minker
- Netto produksjon av HI avtar
- Systemet nærmer seg balanse

Ved likevekt (≥ 50 s):

$$v_{\text{frem}} = v_{\text{bak}}$$

- Fremoverreaksjon: H₂ + I₂ → 2HI (fortsetter)
- Bakoverreaksjon: 2HI → H₂ + I₂ (fortsetter)
- Ingen netto endring i konsentrasjoner

Merk:
- Likevekten ligger langt mot høyre (mye HI, lite H₂/I₂)
- Dette betyr at fremoverreaksjonen er favorisert
- Men begge reaksjoner skjer kontinuerlig ved likevekt

a) Irreversibel ved romtemperatur

$$2\text{H}_2(g) + \text{O}_2(g) \to 2\text{H}_2\text{O}(l)$$

Hvorfor:
- Forbrenning frigjør stor energimengde (ΔH° = -572 kJ/mol)
- Vann dekomponerer IKKE spontant tilbake til H₂ og O₂
- Krever elektrolyse (stor energitilførsel) for å reversere
- Bruk enkeltpil (→) for å indikere irreversibilitet

b) Reversibel ved romtemperatur

$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O}$$

Hvorfor:
- Esterifisering og hydrolyse skjer samtidig
- Etablerer likevekt med både reaktanter og produkter tilstede
- Typisk likevektsreaksjon i organisk kjemi
- Riktig notasjon med dobbeltpil (⇌)

c) Irreversibel ved 900°C (men kan være reversibel ved lavere T)

$$\text{CaCO}_3(s) \to \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g)$$

Hvorfor:
- Ved høy temperatur (900°C): CO₂ slipper ut, ikke reversibel
- Ved lavere temperatur i lukket system: kan være reversibel
- I industri (sementproduksjon): CO₂ slippes ut → irreversibel
- I lukket beholder ved moderat T: kan gå tilbake

d) Reversibel (men langsom ved romtemperatur)

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

Hvorfor:
- Klassisk likevektsreaksjon (Haber-prosessen)
- Ved alle temperaturer kan både frem- og bakoverreaksjon skje
- I industri: bruk 400-500°C og katalysator for økonomisk hastighet
- Etablerer alltid likevekt i lukket system

Oppsummering:

Reversible:
- b) Esterifisering: Lett reversibel ved romtemperatur
- d) Haber-prosessen: Reversibel, men langsom uten katalysator

Irreversible (ved normale betingelser):
- a) Forbrenning: For stor energibarriere for reversering
- c) Kalsinering: CO₂ slipper ut → ikke reversibel i praksis

Viktig:
Om en reaksjon er reversibel eller ikke avhenger av:
- Temperatur
- Om systemet er åpent eller lukket
- Energiforskjeller mellom reaktanter og produkter

Vi bruker ICE-tabellen (Initial, Change, Equilibrium) for å holde orden på konsentrasjoner.

Steg 1: Sett opp ICE-tabell

Steg 3: Finn de andre likevektskonsentrasjonene

Fra stoikiometrien:

- 1 mol PCl₅ gir 1 mol PCl₃
- 1 mol PCl₅ gir 1 mol Cl₂

Ved likevekt:

$$[\text{PCl}_3] = x = 0{,}60 \, \text{M}$$
$$[\text{Cl}_2] = x = 0{,}60 \, \text{M}$$
Svar:

- Forbrukt PCl₅: 0,60 M

- Gjenstående PCl₅: 1,40 M ✓
- Dannet PCl₃: 0,60 M ✓
- Dannet Cl₂: 0,60 M ✓
Tolkning:
- 0,60 M av PCl₅ har dissosiert

- 1,40 M av PCl₅ er fortsatt udissosiert
- Likevekten ligger mot venstre (mer reaktant enn produkter)