Faste stoffer: Partiklene ligger tettpakket på en systematisk måte, og de er sterkt bundet til hverandre. Hver partikkel vibrerer om et fast punkt.
Væsker: Partiklene er uordnet, men samtidig bundet tilhverandre som i et fast stoff. Kraftigere partikkelbevegelser betyr høyere temperatur.
Gasser: Partiklene er ikke bundet til hverandre. Avstanden er stor. Kolliderer med hverandre. Jo større gjennomsnittsfart partiklene har, desto høyere er temperaturen.
Beregning av farten i et stoff, hvor mye stoff (g eller mol) som omsettes i en reaksjon per tidsenhet (s).
For at to partikler skal reagere med hverandre må de støte sammen. I en gass eller væske treffer partiklene hverandre ofte.
Atomer og molekyler tiltrekker hverandre på avstand, men når de er komemt nære nok frastøter de hverandre. De har elektroner ytterst, og like ladninger frastøter hverandre. Hvis farten på støtet er lavt skjer det lite, men hvis de støter på hverandre i stor nok fart kan vi få en reaksjon.
Aktiveringsenergien: Bare partikler med bevegelsesenergi som til sammen er større enn en gitt energi vil kunne reagere.
Aktivert kompleks: har energi lik aktiveringsenergien eller større. Komplekset eksisterer i svært kort tid. Dette kan enten danne molekylene det kom fra, eller et nytt produkt.
I reaksjoner mellom ioner er aktiviseringsenergien liten. Det er fordi ioner med motsatt ladning tiltrekker hverandre. På nært hold er det da ingen frastøting.
Faktorer som påvirker reaksjonsfarten
- Konsentrasjonens virkning på reaksjonsfarten
- Temperaturens virkning på reaksjonsfarten
- Overflatens virkning på reaksjonsfarten
Reaksjonsfarten øker med konsentrasjonen av utgangsstoffene, overflaten av utgangsstoffene når disse er faste stoffer, og temperaturen på reaksjonsblandingen.
Lav aktiveringsenergi: Høy reaksjonsfart
Høy aktiveringsenergi: Liten reaksjonsfart
Grunnen til at noe frossenmat ikke er holdbar i over en viss temperatur er fordi når vannet smelter er det lettere for at det kan skje kjemiske reaksjoner som kan ødelegge maten fordi partiklene blir mer bevegelige.
En grov regel sier at reaksjonsfarten øker til det dobbelte med en stigning i temperatur på 10*C.
Katalysatorer øker reaksjonsfarten
Vi kan øke reaksjonsfarten ved å tilsette en katalysator. (Et stoff som deltar i reaksjonen, men som ikke forbrukes).
En katalysator øker reaksjonsfarten ved å senke aktiveringsenergien. Katalysatoren forbrukes ikke i reaksjonen. En fast katalysator bør ha så stor overflate som mulig fordi reaksjonen skjer på overflaten.
Nesten alle kjemiske reaksjoner som foregår i en kjemisk industri er katalysert. En katalysator øker reaksjonsfarten og produktiviteten.
Katalysatorer som virker i levende organismer kalles enzymer.
7.2 Likevekt
En reaksjon kan gå begge veier. Hittil har en reaksjon vært
utgangsstoffer (reaktanter) ---> produkter
I et åpent system vil reaksjonen gå helt til en av utgangsstoffene er brukt opp. I et lukket og isolert system vil vanligvis ike alt av utgangsstoffene reagere og bli til produkter.
En reaksjon som kan gå begge veier kaller vi en reversible reaksjon: når reaksjonsfarten i begge rektninger er like stor, er reaksjonen i likevekt. Vi setter dobbeltpil. Det er ingen endring på makronivå. Mengden av utgangsstoffer og produkter ved likevekt forandrer seg ikke.
På mikronivå er det dynamisk og stor trafikk. Den kjemiske reaksjonen fortsetter å gå begge veier, som smelting og frysing.
I teorien er alle reaksjoner reversible, men mange reaksjoner lar seg i praksis ikke snu, men må gå en omvei.
En reaksjon må skje i et isolert system for å kunne oppnå likevekt. I naturen er ikke systemene isolerte.
En reaksjon er i likevekt når det blir dannet og omdannet like mange produktpartikler per tidsenhet. En kjemisk likevekt er dynamisk.
Homogene og heterogene likevekter
Haber-Bosch-prosessen: fremstilling av ammoniakk fra nitrogengass og hydrogengass
Alle stoffene i reaksjonen er i samme tilstand(gass) kalles denne likevekten homogen likevekt.
En likevektsreaksjon der stoffene er i forskjellige tilstander kaller vi en heterogen likevekt.
7.3 Drøfting av likevekter
La Chatelier prinsippet:
Når en likevekt blir påvirket utenfra, blir likevekten forskjøvet slik at effekten av påvirkningen blir mindre. Det er som om likevekten motsetter seg forandringen.
Flere betingelser for å endre likevekt:
Konsentrasjonen av stoff:
- Hvis det tilsettes mer av et stoff, vil likevekten bli forskjøvet slik at effekten av påvirkningen blir mindre.
- Det ene stoffet avtar, det andre stoffet øker
- Hvis vi tilsetter noe av et stoff som inngår på en side i en likevektsreaksjon, vil konsentrasjonen av de andre stoffene på samme side avta, og
konsentrasjonen av stoffene på den andre siden vil øke. Forutsetningen er at temperatur og volum holdes konstante.
Temperaturen i reaksjonsblandingen:
- Hvis den motsatte reaksjonen er endoterm, vil temperaturen i beholderen øke når energi blir tilført.
- Vi vil at effekten av temperaturen (økningen i temperaturen) skal bli mindre, og da må vi forskyve likevekten slik at energi blir brukt.
- Den endoterme reaksjonen må altså forskyves til venstre.
- Hvis det blir tilført energi til en reaksjonsblanding som er i likevekt slik at temperaturen øker, vil likevekten bli forskjøvet i den retningen som gjør at
energi tas opp. Forutsetningen er at trykk og volum holdes konstante. I en likevektsreaksjon er reaksjonen eksoterm i den ene enden, og endoterm i
den andre.
Trykket i beholderen:
- For å øke trykket må volumet gjøres mindre -> fler partikler per volumenhet
- For at effekten av påvirkningen skal bli mindre, må likevekten forskyves slik at det blir færre partikler per volumenhet.
- Likevekten forskyves mot der antallet partikler er minst
- Når vi øker trykket i en reaksjonsblanding som er i likevekt, blir likevekten forskjøvet til den siden der det er færrest molekyler. Forutsetningen er at
temperaturen holdes konstant.
7.4 Beregning av konsentrasjoner ved likevekter
En naturlov er beasert på erfaringer, men er ennå ikke bevist.
Massevirkningsloven:
Massevirkning: konsentrasjonens betydning for likevekten
En ligning mellom konsentrasjonen av de stoffene som deltar i likevekten
Når vi kjenner den balanserte ligningen for en likevektsreaksjon, kan vi bruke massevirkningsloven til beregning av konsentrasjoner.
aA (aq) + bB (q) <--> cC (aq) + dD (aq)
Massevirkningsloven for denne likevekten er:
[C]c x [D]d = K
[A]a x [B]b
Denne brøken kalles likevektsuttrykket. K er likevektskonstanten.
Temperaturen må oppgis, fordi en reaksjon endres med temperaturen.
| Eksempel på konsentrasjon ved likevekt 1) Finn mol/L av hvert av grunnstoffene 2) Sett konsentrasjonen inn i likevektsuttrykket |
For noen reaksjoner er likevektskonstanten svært stor, og det fører til at det tilsynelatende ikke finnes utgangsstoffer igjen etter reaksjonen. I slike tilfeller skjer reaksjonen "fullstendig".
Hvis likevektskonstanten er liten sier vi at reaksjonen ikke går.
Hvis likevektskonstanten verken er stor eller liten, vil alle stoffene være til stede ved likevekt i målbare mengder.
| Verdi av K (ubenevnt) | Relative mengder av produkter og utgangsstoffer |
| Svært stor 10^30 | Omtrent bare produkter (reaksjonen er fullstendig) |
| Stor 10^10 | Mye mer produkter enn utgangsstoffer |
| Omtrent 1 (Mellom 10^2 og 10^-3) | Betydelige mengder er både utgangsstoffer og produkter |
| Liten 10^-10 | Mye mer utgangsstoffer enn produkter |
| Svært liten 10^-30 | Omtrent bare utgangsstoffer (det har nesten ikke skjedd noen reaksjon) |
7.5 Løselighet og felling av salter
I en mettet løsning av et salt er det løst så mye av saltet som det er mulig ved den gitte temperaturen.
Med løseligheten av et salt i vann mener vi hvor mye av saltet som er løst når løsningen er mettet.
Løseligheten oppgis i mol/L.
| Beregning av løselighet 1) Finn likevektsuttrykket 2) Sett opp et regnskap for konsentrasjonene av ionene
3) Sett onn i likevektsuttrykket 4) For å finne løseligheten i gram per 100mL må det regnes om fra mol til gram 1) Finn molar masse 2) Finn massen til x i 1l mettet løsning |
For salter som inneholder like mange ioner i formelenheten, kan vi bruke Ksp til å sammenligne løseligheten av stoffene.
For salter med ulikt antall ioner i formelenhetene må vi regne ut løseligheten for hvert av saltene før vi kan sammenligne:
| Sammenligning av løseligheten 1) Finn likevekten av salt 1 2) Finn likevektsuttrykket av salt 1 3) Sett opp regnskap for konsentrasjonene av ionene i salt 1
4) Sett inn likevektsuttrykket av salt 1 5) Finn likevekten av salt 2 6) Sett opp regnskap for konsentrasjonene av ionene i salt 2
7) Sett opp likevektsuttrykket av salt 2 8) Sett inn i likevektsuttrykket |
Ioneprodukt og felling
Hvis man blander en løsning med sølvioner Ag+ med kloridioner Cl- kan vi få felling av sølvklorid, AgCl (s). Her vil det utfelte saltet være i likevekt med ionene i blandingen som da vil være mettet. Hvis vi kjenner konsentrasjonene av de to løsningene, kan vi ut fra likevektsutrykket forutsi om det blir feling eller ikke. Vi beregner da ioneproduktet Q ut fra hva konsentrasjonene av ioneslagene vil bli i blandingen av de to løsningene.
- Hvis Q > Ksp er blandingen overmettet, og det skjer en felling
- Hvis Q < Ksp er løsningen umettet, og det skjer ingen felling.
- Hvis Q = Ksp er løsningen mettet, og det skjer ingen felling.
| Felling eller ikke? 1) Finn alle typer ioner i formelen 2) Se hvilke kombinasjoner som gir uløselig slat 3) Finn likevekten av det uløselige 4) Finn stoffmengde ione 1 5) Finn stoffemengde ione 2 6) Finn konsentrasjonene av ionene 7) Regn ut ioneproduktet Q |
Løselighet og fellesioneffekt
Løseligheten til et salt avtar ved tilsetning av ioner som er felles med ett av ionene i saltet. Dette kalles fellesioneffekt. Effekten kan vi forutsi ved bruke Le Cahtelier prinsippet på likevekten for oppløsningen av saltet. Ved å bruke massevirkningsloven kan vi beregne hvor mye løseligheten avtar.
| Løseligheten og fellesioneffekt 1) Finn likevekten 2) Finn likevektsuttrykket 3) Sett opp et regnskap for konsentrasjonene
4) Sett inn i likevektsuttrykket |
SAMMENDRAG
Reaksjonsfart er hvor mye stoff som omsettes i en reaksjon per tidsenhet. Reaksjonsfarten kan oppgis som endring i masse eller konsentrasjon per enhet. Farten øker med temperaturen og med konsentrasjonen av stoffene som reagerer. For faste stoffer øker farte med overflaten til stoffene.
Aktiveringsenergi er den minimumsenergi pertiklene i en reaksjon til sammen må ha for å reagere når de støter sammen.
En katalysator er et stoff som øker reaksjonsfarten ved å nedsette aktiveringsenergien. Katalysatoren brukes ikke i reaksjonen.
En kjemisk likevekt er den tilstanden en reaksjon kommer til når rekasjonene går begge veier og konsentrasjonene av utgangsstoffer og produkter ikke lenger forandrer seg.
La Chatelier prinsippet: Når en likevekt blir påvirket utenfra, blir likevekten forskjøvet slik at likevekten blir mindre. Det er som om likevekten motsetter seg forandringen.
Massevirkningsloven er et forhold mellom konsentrasjonene av de stoffene som inngår i reaksjonen. Konstanten K i likevektsuttrykket kalles likevektskonstnanten. Den avhenger av temperaturen.
En mettet løsning ved en gitt temperatur er en løsning der det er likevekt mellom uløst og løst stoff.
Løseligheten av et stoff er den mengden stoff som finnes i et gitt volum av en mettet løsning, og oppgis i mol/L eller g/100mL
Løselighetsproduktet oppgis for et tungt løselig eller uløselig salt. Ksp kalles løselighetsproduktkonstanten.
Ioneproduktet Q kan brukes til å avgjøre om vi får en utfelling av et stoff. hvis Q = Ksp er løsningen mettet. hvis Q > Ksp er løsningen overmettet, og noe av saltet vil felles ut. Hvis Q < Ksp er løsningen umettet.
Med fellesioneffekt menes at løseligheten av et salt avtar når vi tilsetter en løsning med ioner av samme slag som er i saltet slik at konsentrasjonen av dette fellesionet øker.
Ingen kommentarer:
Legg inn en kommentar