Likevekter og Le Chateliers prinsipp

SøkeordHensiktFramgangsmåteTeoriSensorspørsmål

En kjemisk likevekt er ikke en reaksjon som har stoppet. Reaksjonen går fortsatt begge veier, men foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen går like raskt. Når du endrer temperatur eller konsentrasjon, vil likevekten forskyve seg for å motvirke endringen. I fargede likevektssystemer kan forskyvningen sees direkte som en fargeendring, men forklaringen må alltid knyttes til hvilken side av reaksjonen fargen hører til. Dette er et typisk Kjemi 1-forsøk i labrapport, prøve og muntlig-praktisk eksamen.

Dette søker elever ofte etter

Elever som øver på dette temaet søker ofte etter kjemisk likevekt, Le Chateliers prinsipp, Le Châteliers prinsipp, dynamisk likevekt, forskyve likevekt, hva skjer når konsentrasjonen økes, temperatur og likevekt, likevektskonstant K, reaksjonskvotient Q, katalysator og likevekt, fargeendring i likevektsforsøk og labrapport kjemisk likevekt. Alle handler om samme kjerne: systemet forskyver seg slik at påvirkningen motvirkes.

Bruk dette som øvesjekkliste

• Forklar at likevekt er dynamisk, ikke stoppet.
• Beskriv først hva som endres: konsentrasjon, temperatur eller trykk.
• Forklar hvilken retning som motvirker endringen.
• Skill mellom likevektsstilling, likevektskonstant K og reaksjonskvotient Q.
• Forklar hvorfor katalysator ikke endrer sluttlikevekten.

Hensikt

Undersøke hvordan en kjemisk likevekt påvirkes av endringer i konsentrasjon og temperatur, og forklare observasjonene med Le Chateliers prinsipp. Forsøket skal også vise at kjemisk likevekt er dynamisk, og at en påvirkning kan endre likevektsstillingen uten at reaksjonen stopper.

Hypotese

Når en betingelse i et system ved likevekt endres, vil systemet forskyve likevekten i den retningen som motvirker endringen. Tilsettes mer reaktant, forskyves likevekten mot produkter. Økes temperaturen, forskyves likevekten mot den endoterme retningen. En katalysator vil derimot ikke forskyve likevekten, bare gjøre at den nås raskere.

HMS og sikkerhet

Før du starter

• Noen likevektssystemer kan inneholde etsende, helseskadelige eller miljøskadelige stoffer. Les etikett og sikkerhetsdatablad før bruk, og bruk bare små mengder.
• Bruk vernebriller og labfrakk. Bruk hansker hvis stoffene krever det.
• Arbeid i avtrekk hvis forsøket bruker flyktige, giftige eller sterkt luktende stoffer. Dette er særlig viktig ved kobolt- eller kromforbindelser dersom slike brukes.
• Bruk små mengder i reagensrør. Det gjør fargeendringer tydelige og reduserer risiko.
• Håndter varme og kalde vannbad forsiktig. Bruk klype ved varme reagensrør.
• Ikke hell løsninger i vasken uten beskjed. Kromat-, kobolt- og tungmetallholdige løsninger skal behandles som spesialavfall.
• Merk reagensrørene tydelig, slik at du vet hvilken endring som er gjort i hver prøve.
• Ikke bland ukjente løsninger. Følg oppskriften og lærerens beskjed om avfall.

Utstyr du trenger

• Likevektssystem med tydelig farge
• Reagensrør
• Reagensrørstativ
• Dråpetellere eller pipetter
• Varmt vannbad
• Kaldt vannbad
• Reagenser som endrer konsentrasjon
• Termometer ved behov
• Tabell for observasjoner
• Hvit bakgrunn eller lysplate for å sammenligne farger
• Vernebriller
• Avfallsbeholder for kjemikalier

Framgangsmåte – steg for steg

Framgangsmåte: varm og kjøl likevekten og se fargen skifte fram og tilbake.

1. Lag eller få utdelt en likevektsblanding med tydelig farge. Noter startfargen.
2. Fordel blandingen i flere reagensrør, slik at hver prøve kan påvirkes på én bestemt måte.
3. Tilsett noen dråper av et stoff som øker konsentrasjonen av én reaktant eller ett produkt. Noter fargeendringen før du tolker den.
4. Tilsett i en annen prøve et stoff som fjerner eller binder en komponent i likevekten. Noter fargeendringen.
5. Sett ett reagensrør i varmt vannbad. La temperaturen endre seg, og noter fargen mens røret fortsatt har omtrent samme temperatur.
6. Sett et annet reagensrør i kaldt vannbad. Noter fargen etter avkjøling.
7. Sammenlign alle prøvene med startprøven.
8. Tolk hver fargeendring med Le Chateliers prinsipp: Hva ble endret, hvilken side må dannes mer av, og hvilken retning må likevekten forskyves for å motvirke endringen?
9. Lag en tabell med endring, observasjon, forskyvning, hvilken side som dominerer og forklaring.

Observasjoner og resultater

Fargeendringen viser hvilken side av likevekten som dominerer etter at systemet er påvirket. Tabellen viser typiske mønstre du kan forvente når en oppgave spør hvordan konsentrasjon, temperatur eller katalysator påvirker kjemisk likevekt. Husk at fargen er en observasjon, mens forskyvningen er en tolkning.

Endring	Typisk observasjon	Forskyvning	Forklaring
Mer reaktant tilsettes	Fargen går mer mot produktfargen	Mot høyre	Systemet forbruker noe av det som ble tilsatt
Produkt fjernes eller bindes	Mer produkt dannes	Mot høyre	Systemet erstatter noe av produktet som ble fjernet
Mer produkt tilsettes	Fargen går mer mot reaktantfargen	Mot venstre	Systemet forbruker noe av produktet
Temperaturen økes	Fargen går mot siden som favoriseres av varme	Mot endoterm retning	Systemet motvirker oppvarming ved å forbruke varme
Temperaturen senkes	Fargen går mot motsatt side av oppvarming	Mot eksoterm retning	Systemet motvirker avkjøling ved å frigjøre varme
Katalysator tilsettes	Ingen varig fargeendring ved likevekt	Ingen forskyvning	Likevekten nås raskere, men stillingen endres ikke

Resultat

Hver endring forskyver likevekten i en retning som motvirker påvirkningen. Mer reaktant gir mer produkt, fjerning av produkt gir mer produkt, og temperaturøkning favoriserer den endoterme retningen. En katalysator endrer ikke sluttfargen ved likevekt og endrer ikke likevektskonstanten K. Fargeendringene gjør forskyvningen synlig.

Teorien bak

Le Chateliers prinsipp: Likevekten forskyver seg slik at den motvirker endringen du gjør.

En reversibel reaksjon kan gå begge veier. Reaktanter kan danne produkter, og produkter kan samtidig reagere tilbake til reaktanter. Når disse to reaksjonene går like raskt, har systemet nådd dynamisk likevekt.

Dynamisk likevekt betyr ikke at reaksjonen har stoppet. Partiklene reagerer fortsatt, men konsentrasjonene holder seg konstante fordi stoffene dannes og forbrukes like raskt.

Le Chateliers prinsipp sier at hvis et system i likevekt blir påvirket av en endring, vil systemet forskyve seg i den retningen som motvirker endringen. Dette gjelder for endringer i konsentrasjon, temperatur og i noen systemer trykk.

Tretrinns forklaring

• 1. Si hva som blir endret: konsentrasjon, temperatur eller trykk.
• 2. Si hva systemet må motvirke.
• 3. Si hvilken retning likevekten forskyves, og hvilken farge/observasjon det gir.

Hvis du øker konsentrasjonen av en reaktant, vil likevekten forskyves mot produktsiden for å bruke opp noe av reaktanten. Hvis du fjerner et produkt, vil likevekten også forskyves mot høyre for å erstatte noe av produktet som ble fjernet. Konsentrasjonsendringer endrer vanligvis ikke likevektskonstanten K; de gjør at systemet midlertidig ikke er i likevekt, før det forskyves til en ny likevektsstilling ved samme K.

Reaksjonskvotienten Q beskriver blandingen akkurat nå. Hvis Q er mindre enn K, forskyves systemet mot produkter. Hvis Q er større enn K, forskyves systemet mot reaktanter. På Kjemi 1-nivå holder det ofte å bruke Le Chateliers prinsipp kvalitativt, men Q mot K forklarer hvorfor systemet må forskyve seg til ny likevekt.

Temperatur behandles som en del av likevekten. Dersom foroverreaksjonen er endoterm, kan varme tenkes som en reaktant. Da vil oppvarming forskyve likevekten mot høyre. Dersom foroverreaksjonen er eksoterm, kan varme tenkes som et produkt. Da vil oppvarming forskyve likevekten mot venstre. Temperaturendringer kan også endre verdien av K, fordi den favoriserte retningen får en annen likevektsfordeling.

I mange skoleforsøk brukes fargede likevektssystemer, for eksempel kromat/dikromat eller koboltkomplekser. Da har stoffene på hver side av likevekten ulik farge, og fargen viser hvilken side som dominerer etter påvirkning. En god forklaring må derfor alltid si hvilken farge som hører til hvilken side av reaksjonslikningen.

Typiske problemstillinger sensor stiller

Hva sier Le Chateliers prinsipp?

Hvis et system i likevekt påvirkes av en endring, forskyver likevekten seg slik at endringen motvirkes. Systemet vil altså forsøke å redusere effekten av det du gjorde.

Hva skjer hvis du øker konsentrasjonen av en reaktant?

Likevekten forskyves mot produktsiden, fordi systemet forbruker noe av reaktanten som ble tilsatt.

Hva skjer hvis du fjerner et produkt?

Likevekten forskyves mot produktsiden for å erstatte noe av produktet som ble fjernet.

Hva skjer hvis du øker temperaturen?

Likevekten forskyves mot den endoterme retningen, fordi den retningen forbruker varme og dermed motvirker oppvarmingen.

Betyr likevekt at reaksjonen har stoppet?

Nei. Likevekten er dynamisk. Foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen skjer fortsatt, men med samme fart, slik at konsentrasjonene er konstante.

Endrer en katalysator likevektsstillingen?

Nei. En katalysator gjør at likevekten nås raskere, men forskyver ikke likevekten. Den påvirker foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen på samme måte.

Hvorfor kan farge brukes til å tolke likevekt?

Fordi reaktanter og produkter kan ha ulik farge. Når forholdet mellom dem endres, endres fargen på blandingen.

Endres likevektskonstanten når vi tilsetter mer stoff?

Nei, ikke hvis temperaturen er den samme. Konsentrasjonsendringen forskyver likevektsstillingen, men K er uendret ved samme temperatur.

Hva er forskjellen på reaksjonsfart og likevektsstilling?

Reaksjonsfart handler om hvor raskt reaksjonen går. Likevektsstilling handler om hvor mye reaktanter og produkter som finnes ved likevekt. En katalysator øker farten, men endrer ikke stillingen.

Sensortips – slik imponerer du

Slik får du toppkarakter

• Bruk uttrykket motvirker endringen i hver forklaring.
• Forklar at likevekt er dynamisk, ikke at reaksjonen er ferdig.
• Skill tydelig mellom påvirkning og respons: Hva gjorde du, og hvordan svarte systemet?
• Koble temperatureffekten til endoterme og eksoterme reaksjonsretninger.
• Forklar fargeendringer som endret forhold mellom fargede reaktanter og produkter.
• Nevn at katalysator endrer fart, men ikke likevektsstilling.
• Skill mellom endringer som bare forskyver systemet og temperaturendringer som kan endre likevektskonstanten.

Muntlig 6-er-formulering

«I en dynamisk likevekt går forover- og bakoverreaksjonen fortsatt, men like raskt. Når vi tilsetter mer av et stoff, forskyves likevekten slik at noe av det tilsatte forbrukes. Når temperaturen økes, forskyves likevekten mot den endoterme retningen fordi den forbruker varme. En katalysator endrer bare hvor raskt likevekten nås, ikke hvor likevekten ligger. Det er dette Le Chateliers prinsipp betyr: systemet motvirker endringen.»

Slik vurderer sensor

Det som gir karakter 6

• Du tester flere påvirkninger systematisk og noterer tydelige observasjoner.
• Du bruker Le Chateliers prinsipp riktig for hver endring.
• Du forklarer dynamisk likevekt med reaksjonsfart i begge retninger.
• Du tolker fargeendringene som forskyvning mot reaktanter eller produkter.
• Du forklarer temperaturendringer ut fra endoterme og eksoterme retninger.
• Du vurderer feilkilder som fargebedømming, temperaturkontroll og ufullstendig blanding.

Nivå	Kjennetegn i dette forsøket
Grunnleggende	Observerer at fargen endres når systemet påvirkes.
Godt	Forklarer forskyvning av likevekt med Le Chateliers prinsipp.
Svært godt	Forklarer dynamisk likevekt, temperaturretning, konsentrasjonseffekt, katalysator og feilkilder presist.
Fremragende	Skiller sikkert mellom observasjon og tolkning, reaksjonsfart og likevektsstilling, og forklarer når K endres og når bare likevektsstillingen forskyves.

Typiske elevfeil å unngå

Vanlige feil

• Tror at reaksjonen stopper når systemet når likevekt.
• Gjetter forskyvningsretning uten å forklare hva systemet må motvirke.
• Glemmer at temperaturøkning alltid favoriserer den endoterme retningen.
• Sier bare «mot høyre» uten å koble det til reaktanter, produkter og observasjon.
• Tror at en katalysator gir mer produkt ved likevekt.
• Blander sammen reaksjonsfart og likevektsstilling.
• Sier at K endres når konsentrasjonen endres, selv om temperaturen er uendret.
• Tolker fargeendring uten å vite hvilken side av reaksjonen fargen hører til.

Feilkilder

Det som kan påvirke resultatet

• Ufullstendig blanding kan gi uklare eller ujevne farger.
• Subjektiv bedømming av fargenyanser kan gjøre tolkningen usikker. Bruk hvit bakgrunn og sammenlign med en kontrollprøve.
• For store mengder reagens kan forskyve likevekten mer enn planlagt eller skjule nyanser.
• Temperaturen kan endre seg under observasjon, spesielt hvis røret tas ut av vannbadet. Da kan fargen begynne å gå tilbake før den noteres.
• Reagensrør kan ha ulik konsentrasjon hvis de ikke ble fylt likt.
• Forurenset utstyr kan tilføre ioner som påvirker likevekten.
• Noen systemer bruker flere likevekter samtidig, og det kan gjøre fargeendringen mer sammensatt.
• For svak belysning eller fargede reagensrør kan gjøre små fargeforskjeller vanskelige å se.

Variasjoner av forsøket

• Bruk kromat/dikromat-likevekten og forskyv den med syre og base.
• Undersøk koboltkompleks der temperatur og kloridkonsentrasjon påvirker fargen.
• Bruk fargemåler eller spektrofotometer i stedet for å vurdere fargen med øyet.
• Undersøk om en katalysator endrer tiden til likevekt uten å endre sluttfargen.
• La ulike grupper påvirke samme likevekt på ulike måter og sammenlign resultatene.
• Lag en tabell som skiller mellom konsentrasjonseffekt og temperatureffekt.

Sentrale begreper

• Kjemisk likevekt – tilstand der forover- og bakoverreaksjonen går like raskt.
• Dynamisk likevekt – likevekt der reaksjonene fortsatt skjer, selv om konsentrasjonene er konstante.
• Le Chateliers prinsipp – et system i likevekt forskyver seg slik at det motvirker en endring.
• Reversibel reaksjon – reaksjon som kan gå begge veier.
• Endoterm retning – reaksjonsretning som tar opp varme.
• Eksoterm retning – reaksjonsretning som frigjør varme.
• Forskyvning – endring i forholdet mellom reaktanter og produkter ved likevekt.
• Likevektskonstant, K – tall som beskriver forholdet mellom produkter og reaktanter ved likevekt ved en bestemt temperatur.
• Reaksjonskvotient, Q – uttrykk som viser forholdet akkurat nå; systemet forskyves hvis Q ikke er lik K.
• Tilskuerobservasjon – observasjon, som farge, som brukes til å tolke hvor likevekten ligger.

Kompetansemål forsøket dekker

• Gjøre rede for kjemisk likevekt og Le Chateliers prinsipp.
• Forutsi hvordan en likevekt forskyves ved endret konsentrasjon eller temperatur.
• Gjennomføre forsøk, observere systematisk og tolke fargeendringer.
• Forklare dynamisk likevekt med reaksjonsfart i begge retninger.
• Vurdere feilkilder og usikkerhet i observasjoner av kjemiske systemer.
• Skille mellom reaksjonsfart, likevektsstilling og likevektskonstant i forklaringer.

Sjekkliste før du leverer

Kontroller dette

• Har du forklart at likevekt er dynamisk?
• Har du skrevet hva som ble endret før du forklarer forskyvningen?
• Har du brukt uttrykket motvirker endringen?
• Har du koblet fargen til riktig side av reaksjonen?
• Har du skilt mellom reaksjonsfart, likevektsstilling og K?
• Har du vurdert feilkilder ved farge, temperatur og blanding?

Ofte stilte spørsmål

Hva er en dynamisk likevekt?

Det er en tilstand der foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen fortsatt skjer, men like raskt. Derfor holder konsentrasjonene seg konstante.

Hvordan bruker jeg Le Chateliers prinsipp i en oppgave?

Skriv først hva som endres. Deretter forklarer du hva systemet må motvirke, og til slutt hvilken retning likevekten forskyves. Koble svaret til observasjonen, for eksempel fargeendring.

Endrer en katalysator likevekten?

Nei. En katalysator gjør at likevekten nås raskere, men den forskyver ikke likevekten. Den påvirker begge reaksjonsretninger.

Hvorfor endres fargen?

Fargen endres fordi stoffene på de to sidene av likevekten har ulik farge. Når likevekten forskyves, endres forholdet mellom dem.

Hva skjer hvis vi tilsetter mer produkt?

Likevekten forskyves mot reaktantsiden for å forbruke noe av produktet som ble tilsatt.

Hvorfor går oppvarming mot endoterm retning?

Fordi den endoterme retningen tar opp varme. Slik motvirker systemet temperaturøkningen.

Hva er forskjellen på Q og K?

K beskriver forholdet ved likevekt ved en bestemt temperatur. Q beskriver forholdet akkurat nå. Hvis Q ikke er lik K, forskyves reaksjonen til systemet når likevekt igjen.

Kan trykk forskyve en likevekt?

Ja, i gasslikevekter. Økt trykk favoriserer siden med færrest gasspartikler. I vanlige løsningseksperimenter er konsentrasjon og temperatur ofte viktigere.

Slik skriver du labrapport

En god labrapport om kjemisk likevekt viser tydelig hvilken påvirkning som ble gjort, hva som ble observert, og hvordan observasjonen forklares med Le Chateliers prinsipp. Bruk gjerne begrepene dynamisk likevekt, forskyvning av likevekt, likevektsstilling, likevektskonstant K, reaksjonskvotient Q, temperatur, konsentrasjon, katalysator og fargeendring der de passer naturlig.

Del av rapporten	Hva du bør skrive
Hensikt	At du skal undersøke hvordan konsentrasjon og temperatur påvirker kjemisk likevekt.
Hypotese	At likevekten forskyves slik at den motvirker endringen som gjøres.
Utstyr og HMS	Likevektsblanding, reagensrør, vannbad, reagenser, vernebriller og sikker håndtering av kjemikalier.
Framgangsmåte	Forklar hvordan hver prøve ble påvirket: mer reaktant, fjerning av stoff, oppvarming og avkjøling.
Resultater	Lag tabell med påvirkning, farge før, farge etter og antatt forskyvning.
Teori	Forklar dynamisk likevekt og Le Chateliers prinsipp.
Drøfting	Koble hver observasjon til prinsippet, og vurder feilkilder som fargebedømming, temperaturkontroll, ulik konsentrasjon og ufullstendig blanding.
Konklusjon	Svar på hvordan konsentrasjon og temperatur påvirket likevekten, og bruk uttrykket motvirker endringen i forklaringen.

Klar for muntlig-praktisk?

Øv på flere Kjemi 1-forsøk, begreper og eksamensoppgaver med fasit.

Gå til Kjemi 1

Relaterte sider

ReaksjonsfartLøselighet og temperaturKalorimetriKjemi 1Alle Kjemi 1-forsøkKjemi 1-begreperOppgavesamlingMuntlig-praktisk eksamenEksamen i Kjemi 1

Alle kapitler i Kjemi 1

1 · Stoffer og periodesystemet2 · Kjemiske bindinger3 · Reaksjoner og beregninger4 · Entalpi, reaksjonsfart og likevekt5 · Syrer og baser6 · Analyse7 · Organisk kjemi8 · Grønn kjemi