3.1 Likevektsomgrepet

a) Likevekt nådd ved ca. 15 minutt

Systemet når likevekt når fargen blir konstant (tid 15 min):
- Før 15 min: Fargen endrar seg → konsentrasjonane endrar seg
- Etter 15 min: Konstant farge → konstante konsentrasjonar
- Dette indikerer at systemet er i likevekt

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

Sjølv om fargen er konstant, skjer reaksjonen framleis:

Framoverreaksjon:
$$\text{N}_2\text{O}_4(g) \to 2\text{NO}_2(g)$$
- N₂O₄-molekyl blir spalta kontinuerleg til NO₂

Bakoverreaksjon:
$$2\text{NO}_2(g) \to \text{N}_2\text{O}_4(g)$$
- NO₂-molekyl blir kombinerte kontinuerleg til N₂O₄

Ved likevekt: $v_{\text{frem}} = v_{\text{bak}}$
- Like mange NO₂ dannast som blir forbrukte per tidseining
- Like mange N₂O₄ blir forbrukte som dannast per tidseining

c) Kvifor konstant farge?

Fargen skuldast NO₂-konsentrasjonen:
- NO₂ er brunraud, N₂O₄ er fargelaus
- Ved likevekt: [NO₂] er konstant
- Konstant [NO₂] → konstant farge

Sjølv om molekyl reagerer kontinuerleg, er det inga netto endring i konsentrasjonane.

Viktig innsikt:
Likevekt tyder IKKJE at reaksjonen stoppar, men at framover- og bakoverreaksjonane skjer med same fart.

a) Likevekt nådd ved ca. 50 sekund

Frå tabell:
- Tid 0-40 s: Konsentrasjonane endrar seg
- Tid 50-60 s: Konsentrasjonane er konstante
- Likevekt etablert mellom 40-50 s

b) Likevektskonsentrasjonar (ved t ≥ 50 s):

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

c) Skildring av prosessen:

Før likevekt (0-40 s):

Initiell tilstand (t = 0):
- Berre reaktantar: [H₂] = [I₂] = 1,00 mol/L
- Ingen produkt: [HI] = 0 mol/L
- Berre framoverreaksjon: H₂ + I₂ → 2HI

Under reaksjonen (0-40 s):
- [H₂] og [I₂] avtek (blir forbrukte)
- [HI] aukar (dannast)
- Framoverfart > bakoverfart

Nær likevekt (40 s):
- Fartsskilnaden minkar
- Netto produksjon av HI avtek
- Systemet nærmar seg balanse

Ved likevekt (≥ 50 s):

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

- Framoverreaksjon: H₂ + I₂ → 2HI (held fram)
- Bakoverreaksjon: 2HI → H₂ + I₂ (held fram)
- Inga netto endring i konsentrasjonar

Merk:
- Likevekta ligg langt mot høgre (mykje HI, lite H₂/I₂)
- Dette tyder at framoverreaksjonen er favorisert
- Men begge reaksjonar skjer kontinuerleg ved likevekt

a) Irreversibel ved romtemperatur

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

Kvifor:
- Forbrenning frigjer stor energimengd (ΔH° = -572 kJ/mol)
- Vatn dekomponerer IKKJE spontant tilbake til H₂ og O₂
- Krev elektrolyse (stor energitilførsel) for å reversere
- Bruk enkeltpil (→) for å indikere irreversibilitet

b) Reversibel ved romtemperatur

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

Kvifor:
- Esterifisering og hydrolyse skjer samtidig
- Etablerer likevekt med både reaktantar og produkt til stades
- Typisk likevektsreaksjon i organisk kjemi
- Rett notasjon med dobbeltpil (⇌)

c) Irreversibel ved 900°C (men kan vere reversibel ved lågare T)

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

Kvifor:
- Ved høg temperatur (900°C): CO₂ slepp ut, ikkje reversibel
- Ved lågare temperatur i lukka system: kan vere reversibel
- I industri (sementproduksjon): CO₂ blir sleppt ut → irreversibel
- I lukka behaldar ved moderat T: kan gå tilbake

d) Reversibel (men langsam ved romtemperatur)

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

Kvifor:
- Klassisk likevektsreaksjon (Haber-prosessen)
- Ved alle temperaturar kan både fram- og bakoverreaksjon skje
- I industri: bruk 400-500°C og katalysator for økonomisk fart
- Etablerer alltid likevekt i lukka system

Oppsummering:

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

Irreversible (ved normale vilkår):
- a) Forbrenning: For stor energibarriere for reversering
- c) Kalsinering: CO₂ slepp ut → ikkje reversibel i praksis

Viktig:
Om ein reaksjon er reversibel eller ikkje er avhengig av:
- Temperatur
- Om systemet er ope eller lukka
- Energiskilnader mellom reaktantar og produkt

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

Sett opp ICE-tabell

Finn dei andre likevektskonsentrasjonane

Frå støkiometrien:

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

Ved likevekt:

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

- Forbrukt PCl₅: 0,60 mol/L

- Gjenståande PCl₅: 1,40 mol/L ✓
- Danna PCl₃: 0,60 mol/L ✓
- Danna Cl₂: 0,60 mol/L ✓
Tolking:
- 0,60 mol/L av PCl₅ har dissosiert

- 1,40 mol/L av PCl₅ er framleis udissosiert
- Likevekta ligg mot venstre (meir reaktant enn produkt)