Onderscheid tussen een aflopende reactie en een evenwichtsreactie

Blok 1: Definitie en kenmerken van een aflopende reactie

Definitie

Een aflopende reactie is een chemisch proces waarbij de omzetting van de beginstoffen naar de reactieproducten volledig plaatsvindt tot ten minste één van de reagentia volledig verbruikt is. In zo’n reactie stoppen de omzettingen definitief zodra er geen van het beperkte reagens meer aanwezig is. De reactie kan worden weergegeven met een eenrichtingspijl:

A + B → C + D

Hierin zijn A en B de reagentia en C en D de reactieproducten.

Belangrijke concepten

In een aflopende reactie zijn de volgende kenmerken essentieel:

• Zodra het beperkende reagens is uitgeput, stopt het reactieproces onherroepelijk. Er vindt geen significante terugvorming van beginstoffen plaats.

• Bij de meeste aflopende reacties is de omzettingsgraad nagenoeg [INLINE EQUATION]100\%[/INLINE EQUATION]. Alle aanwezige hoeveelheid van (minstens) één reagens wordt omgezet.

• Aflopende reacties zijn niet omkeerbaar binnen de heersende reactieomstandigheden. Eventuele terugreacties zijn thermodynamisch niet significant of kinetic gezien verwaarloosbaar.

• Veel neerslagreacties, gasontwikkelingsreacties en reacties waarbij een nauwelijks oplosbaar product of gas ontstaat onder gewone omstandigheden zijn typisch aflopend van aard.

Formules en berekeningen

De algemene reactievergelijking voor een aflopende reactie luidt:

A + B → C + D

• De verhouding tussen de reagentia wordt bepaald aan de hand van het stechiometrisch model, waarbij men doorgaans met het beperkende reagens rekent om de maximale hoeveelheid reactieproducten te berekenen.

• Volledige omzetting betekent dat de molhoeveelheid van het beperkende reagens na afloop exact [INLINE EQUATION]0[/INLINE EQUATION] is.

• Resthoeveelheden worden uitsluitend berekend voor het reagens dat niet beperkend was.

Voorbeeld van een massaberekening voor een aflopende reactie:

Gegeven: CaCl₂(aq) + Na₂CO₃(aq) → 2NaCl(aq) + CaCO₃(s) Indien [INLINE EQUATION]0,10[/INLINE EQUATION] mol CaCl₂ en [INLINE EQUATION]0,12[/INLINE EQUATION] mol Na₂CO₃ worden gemengd, is CaCl₂ het beperkende reagens en wordt volledig omgezet.

Praktijkvoorbeelden

Voorbeeld 1: Neerslagreactie Zilverionen (Ag⁺) voegen samen met chloride-ionen (Cl⁻):

AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)

Na mengen van [INLINE EQUATION]0,05[/INLINE EQUATION] mol AgNO₃ met [INLINE EQUATION]0,04[/INLINE EQUATION] mol NaCl zal alle NaCl reageren tot AgCl-precipitaat, waarna er [INLINE EQUATION]0,01[/INLINE EQUATION] mol AgNO₃ overblijft. De reactie is volledig naar rechts verlopen tot de chloride-ionen op zijn.

Voorbeeld 2: Gasontwikkelingsreactie Zink met zoutzuur:

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(g)

Indien [INLINE EQUATION]5,0[/INLINE EQUATION] g zink met een overmaat zoutzuur reageert, wordt al het zink omgezet en ontsnapt het gevormde waterstofgas onmiddellijk. De reactie beëindigt zodra het zink volledig is opgebruikt.

Veel gemaakte fouten

• Het veronderstellen van een evenwichtssituatie bij reacties waarin een product als gas ontsnapt of een neerslag vormt. Extern verwijderen van een van de producten maakt terugreacties praktisch onmogelijk, waardoor geen evenwichtssituatie optreedt.

• Vergeten het beperkende reagens correct te identificeren bij stechiometrische berekeningen. Gevolg is een overschatting van de hoeveelheid product.

• Aannemen dat “volledige omzetting” altijd absoluut geldt; sommige schijnbaar aflopende reacties kunnen onder bijzondere omstandigheden (zoals hoge druk/grote concentraties) reversibel worden, maar in de klassieke eindexamensituatie geldt dat ten minste één reagens geheel wordt opgebruikt.

Blok 2: Definitie en kenmerken van een evenwichtsreactie

Definitie

Een evenwichtsreactie is een chemisch proces waarbij zowel de voorwaartse als de achterwaartse reactie tegelijkertijd optreden. Niet alle reagentia worden omgezet: na verloop van tijd stelt zich een dynamisch evenwicht in waarbij de snelheid van de heenreactie gelijk wordt aan die van de terugreactie. De notatie voor een evenwichtsreactie is tweezijdig:

A + B ⇌ C + D

Deze notatie geeft de wederzijdse omzetbaarheid duidelijk weer. Zowel reagentia (A, B) als reactieproducten (C, D) zijn te allen tijde aanwezig.

Belangrijke concepten

Belangrijke kenmerken van een evenwichtsreactie zijn:

• Omkeerbaarheid: De chemische omzetting is in beide richtingen significant. Reactieproducten kunnen terugreageren tot reagentia.

• Dynamisch evenwicht: Op macroniveau lijken de concentraties onveranderd, terwijl op microniveau beide omzettingen onverminderd doorgaan met gelijke snelheid.

• Nooit volledige omzetting: Er gebeurt nooit volledige omzetting van reagentia naar producten of vice versa. Noch de reagentia, noch de reactieproducten zijn volledig verdwenen bij evenwicht.

• Chemische eenzaamheid: In het evenwicht zijn alle reactiesoorten gelijktijdig aanwezig. Er is geen eenzijdige aanwezigheid van één kant van de vergelijking.

• Snelheidsevenwicht: Het bereiken van het dynamisch evenwicht kenmerkt zich door het gelijk worden van de snelheid van de heenreactie en die van de terugreactie.

Formules en berekeningen

De algemene reactievergelijking van een evenwichtsreactie:

A + B ⇌ C + D