Kemisk jämvikt i kemiska reaktioner

Kemisk jämvikt är det tillstånd som uppstår när koncentrationen av reaktanter och produkter som deltar i en kemisk reaktion inte uppvisar någon nettoförändring över tiden. Kemisk jämvikt kan också kallas en "stabil reaktion." Detta betyder inte att den kemiska reaktionen nödvändigtvis har upphört att inträffa, utan att konsumtionen och bildandet av ämnen har nått ett balanserat tillstånd. Kvantiteterna av reaktanter och produkter har uppnått ett konstant förhållande, men de är nästan aldrig lika. Det kan finnas mycket mer produkt eller mycket mer reaktant.

Dynamisk jämvikt

Dynamisk jämvikt uppstår när den kemiska reaktionen fortsätter, men ett antal produkter och reaktanter förblir konstant. Detta är en typ av kemisk jämvikt.

Skriva jämviktsuttrycket

De jämviktsuttryck för en kemisk reaktion kan uttryckas i termer av koncentrationen av produkterna och reaktanterna. Endast kemiska arter i vatten- och gasfaserna ingår i jämviktsuttrycket eftersom koncentrationerna av vätskor och fasta ämnen inte förändras. För den kemiska reaktionen:

jA + kB → lC + mD

Jämviktsuttrycket är

K = ([C]^l[D]^m) / ([A]^j[B]^k)

K är jämviktskonstanten
[A], [B], [C], [D] etc. är de molära koncentrationerna av A, B, C, D etc.
j, k, l, m, etc. är koefficienter i en balanserad kemisk ekvation

Faktorer som påverkar kemisk jämvikt

Tänk först på en faktor som inte påverkar jämvikten: rena ämnen. Om en ren vätska eller fast substans är involverad i jämvikt anses den ha en jämviktskonstant på 1 och utesluts från jämviktskonstanten. Exempelvis anses rent vatten, med undantag av högkoncentrerade lösningar, ha en aktivitet av 1. Ett annat exempel är fast kol, som kan bildas genom reaktion av två kolmonoxidmolekyler för att bilda koldioxid och kol.

Faktorer som påverkar jämvikt inkluderar:

• Tillsats av reaktant eller produkt eller en förändring i koncentration påverkar jämvikten. Tillsats av reaktant kan driva jämvikt till höger i en kemisk ekvation, där fler produkter bildas. Lägga till produkt kan driva jämvikt till vänster, eftersom mer reaktantformer.
• Att ändra temperaturen förändrar jämvikten. Ökande temperatur förskjuter alltid kemisk jämvikt i riktning för den endotermiska reaktionen. Sänkande temperatur förskjuter alltid jämvikten i riktning mot den exoterma reaktionen.
• Förändring av trycket påverkar jämvikten. Exempelvis ökar minskningen av ett gassystemvolym dess tryck, vilket ökar koncentrationen av både reaktanter och produkter. Nettoreaktionen kommer att minska koncentrationen av gasmolekyler.

Le Chateliers princip kan användas för att förutsäga förändringen i jämvikt till följd av en belastning på systemet. Le Chateliers princip säger att en förändring av ett jämviktssystem kommer att orsaka en förutsägbar förändring i jämvikt för att motverka förändringen. Till exempel, att tillsätta värme till ett system gynnar riktningen för den endoterma reaktionen, eftersom detta kommer att verka för att minska värmemängden.