Wat is chemisch evenwicht?
Chemisch evenwicht verwijst naar een stabiele verhouding tussen reactanten en producten in een omkeerbare chemische reactie. In een omkeerbare reactie transformeren reactanten niet volledig in producten; in plaats daarvan zullen ze langzaam stoppen met reageren wanneer het chemisch evenwicht is bereikt. De snelheid van een reactie wordt beïnvloed door vele factoren, waaronder temperatuur, fase van materie en aanwezigheid van een katalysator. Veel reacties vereisen een eerste invoer van energie om te beginnen met reageren.
Meer fundamenteel is een chemische reactie het maken of verbreken van chemische bindingen. Een chemische binding ontstaat wanneer elektromagnetische krachten tussen atomen of moleculen een aantrekking daartussen veroorzaken. Een ionische binding is wanneer twee ionen - tegengesteld geladen atomen - elkaar direct aantrekken. Een covalente binding omvat het delen van elektronenparen tussen atomen. Deze chemische bindingen vormen nieuwe stoffen met hun eigen chemische eigenschappen.
Het concept chemisch evenwicht is gerelateerd aan het idee van een omkeerbare reactie. In feite zijn alle chemische reacties tot op zekere hoogte omkeerbaar, dus er is geen fundamenteel verschil tussen reactanten en producten. Sommige reacties hebben echter een niet te verwaarlozen mate van omkeerbaarheid - het is in deze reacties dat chemisch evenwicht belangrijk wordt. Wanneer in wetenschappelijke notatie omkeerbaarheid wordt benadrukt, wordt de oorspronkelijke pijl tussen reagentia en producten vervangen door een paar haakse pijlen. Deze geven aan dat de reactie in beide richtingen plaatsvindt.
De snelheid waarmee een chemisch evenwicht wordt bereikt, kan enorm variëren. Sommige reacties zijn na minder dan een seconde voltooid, terwijl anderen vele jaren duren. Hoewel er geen enkele methode is om een reactiesnelheid te voorspellen, is bekend dat veel factoren een belangrijke rol spelen.
Een dergelijke factor is temperatuur. Hogere temperaturen laten meer energie een systeem binnenkomen, wat meestal resulteert in snellere reacties. De fase van materie - vast, vloeibaar of gas - kan ook invloed hebben op hoe snel stoffen chemisch evenwicht bereiken. Ten slotte kan de aanwezigheid van een katalysator een reactie aanzienlijk versnellen. Een enzym is een type katalysator dat belangrijk is bij het reguleren van het metabolisme van levende wezens.
Sommige reacties vinden niet plaats, ook al zijn ze niet in chemisch evenwicht. Dit komt omdat veel reacties een activeringsenergie vereisen. Vloeibare waterstof en zuurstof kunnen bijvoorbeeld in fysiek contact blijven zonder te reageren. Een kleine hoeveelheid energie kan er echter voor zorgen dat de reactanten in wezen exploderen en veel energie vrijgeven. Hetzelfde fenomeen wordt waargenomen bij het verbranden van hout - hoewel hout bij verbranding veel energie kan afgeven, is altijd een eerste vonk of vlam vereist om het proces op gang te brengen.