29.3.1 Het principe van LeChâtelier

Kwalitatief kan men de verschuiving van het evenwicht voorspellen met het principe van Le Châtelier:

Het evenwicht zal zo verschuiven dat de verstoring deels ongedaan wordt gemaakt.

Wij zullen dit illustreren aan de hand van de omkeerbare reactie $3 \; \text{H}_2 \; \text{(g)} + \text{N}_2 \text{(g)} \rightleftharpoons 2 \; \text{NH}_3 \; \text{(g)}.$

  • Een stof wordt toegevoegd. Stel dat we aan het reactiemengsel ammonia toevoegen (NH3). De hoeveelheid stof neemt toe aan de rechterkant van de vergelijking; de reactie zal nu naar links verlopen, zodat een deel (maar niet alle) extra ammonia verdwijnt.
  • Een stof wordt verwijderd. Stel dat we een deel van de waterstof (H2) uit het reactiemengsel wegvangen. De hoeveelheid stof neemt af aan de linkerkant van de vergelijking; de reactie zal nu naar links verlopen, zodat de verwijderde waterstof deels wordt aangevuld.
  • De temperatuur wordt veranderd. Om te kunnen voorspellen wat er met het evenwicht gebeurt, zal men moeten weten of de reactie exotherm of endotherm is. In dit geval is de reactie naar rechts exotherm, en kan men schrijven:

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

  • Het verhogen van de temperatuur is als het ware een toevoeging van “warmte” aan de rechterkant; dit zal deels ongedaan worden gemaakt als de reactie naar links verloopt, en zo warmte verbruikt.
  • De druk wordt veranderd. Dit is relevant bij een mengsel van gassen. De druk van een gasmengsel is evenredig met het aantal moleculen. Als men de druk verhoogt, zal de reactie dit deels ongedaan maken door het aantal gasmoleculen te verkleinen. In dit geval heeft men 4 gasmoleculen links en 2 gasmoleculen rechts; als de druk verhoogd wordt, zal het evenwicht dus naar rechts verschuiven.
  • Een katalysator wordt toegevoegd. Dit zal het evenwicht niet veranderen. Met katalysator zal het evenwicht wel sneller worden bereikt.