Framställ väldoftande luktämnen

Tillhör kategori: jämvikt, organisk kemi, kolföreningar

Författare: Ingmarie Sjöbäck

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Framställ väldoftande luktämnen

Brandfarligt Frätande Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 30 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Flera angenäma luktämnen är estrar d v s föreningar mellan alkoholer och organiska syror. Från illaluktande utgångsämnen skall vi i denna laboration framställa ananas-, pepparmint- och linimentaromer.

Riktlinjer

Tillverkning av ovanstående luktämnen sker i mikroskala och lämpar sig därför som elevförsök.

Säkerhet

Använd skyddsrock och skyddsglasögon vid hantering av koncentrerad svavelsyra.

De små mängderna kemikalierester kan lösas i diskmedel och spolas ut i vasken med vanligt kranvatten.

Materiel

En kassett som innehåller:


Förarbete

Låt några teskedar grädde surna.

Mortla en huvudvärkstablett.

Utförande

  1. Ställ i ordning ett kokande vattenbad.
  2. Överför en spatel sur grädde till ett litet glasrör och tillsätt 8 droppar T-sprit.
  3. Överför en spatel acetylsalicylsyra till ett annat glasrör och tillsätt 8 droppar metanol.
  4. Sätt till ett tredje glasrör en spatel natriumbensoat och 8 droppar T-sprit.
  5. Tillsätt till vart och ett av rören 3 droppar koncentrerad svavelsyra och ett kapillärrör.
  6. Placera rören i vattenbadet och låt innehållet koka 3 - 4 minuter.
  7. Tag upp rören från vattenbadet och lyft upp kapillärrören.
  8. Dofta på ångorna.

labkit
Foto: Ó Ingmarie Sjöbäck, Vaggeryd.

Förklaring

Vid reaktion mellan smörsyra (som finns i sur grädde) och etanol bildas estern etylbutanoat, vilken doftar ananas.

När acetylsalicylsyra och metanol blandas och får koka med svavelsyra avspjälkas acetylgruppen från salicylsyran och det bildas sedan metylsalicylat med doft av vintergrön eller liniment.

Doften pepparmint (finns i tandkräm och tuggummi) som kommer från estern etylbensoat bildas vid reaktion mellan bensoesyra och T-sprit.

Reaktionerna katalyseras av svavelsyra.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Esterjämvikten

Estrar byggs upp av karboxylsyror (R-COOH) och alkoholer (R'-OH) och har ofta en angenäm doft då kolkedjan (R) är kort. När lösningar av karboxylsyror och alkoholer upphettas i närvaro av en stark syra som katalysator ställer en jämvikt in sig mellan följande komponenter:

R-COOH  +  R'-OH  R-CO-O-R'  + H2O
karboxylsyra alkohol ester vatten

Jämviktskonstanten för reaktionen är ca 4. Jämviktskonstanten tecknas

Jämviktskonstanten

För att få tydliga esterdofter sätts alkoholen till i överskott.

Genom att tillsätta alkohol i överskott, kommer syran att nästan helt förbrukas. Mängden ester blir då större, vilket medför tydlig esterdoft. Utbytet av ester kan också ökas genom tillsats av torkmedel (ex kalciumklorid), som tar bort vatten.

Reaktionsmekanism

Estersyntes (esterifiering) [1] är ett exempel på en kondensationsreaktion, d v s en reaktion där två ämnen kopplas ihop under avspjälkning av vatten.

Steg 1

Reaktionen sker i flera steg och snabbas upp med en syra. Syran donerar protoner till syreatomen på karbonylgruppen av karboxylsyran. Karbonylgruppens kolatom blir partiellt positivt laddad.

Steg 2

Karbonylkolet blir nu mer attraktivt för syreatomen på alkoholen och utsätts för en nukleofil attack. Alkoholen attackerar och en proton skiftar från en syreatom till en annan.

Protonöverföringen ger systemet en stabil grupp i form av vatten. Denna lämnar systemet.

Steg 3

Steg 4

Slutligen överförs en proton till en acceptor i mediet och estermolekylen uppstår.

Reaktionerna i experimentet

När grädde surnar bildas karboxylsyran smörsyra (CH3CH2CH2COOH). Tillsammans med etanol (CH3CH2OH) i T-sprit bildas estern etylbutanoat (CH3CH2CH2CH2OOCH2CH3) vilken har en arom som tydligt kopplas till mogen ananas.

När pulver från huvudvärkstabletter, som innehåller acetylsalicylsyra (HOOCC6H4OCOCH3), blandas med metanol (CH3OH) uppkommer metylsalicylat (H3COOCC6H4OCOCH3) vilken har en doft av vintergrön. Liniment som används av idrottare är parfymerad med vintergrön.

Natriumbensoat (C6H5COO-Na+) tillsätts som konserveringsmedel till sylt och saft. Det bildar tillsammans med etanol estern etylbensoat (C6H5COOCH2CH3). Doften känns igen som pepparmint i bland annat tandkräm.

Fler estrar i vår vardag

Estrar är ämnen som är mycket vanliga i vår omgivning. Det är ofta enkla estrar som ger frukter och blommor deras karakteristiska lukter. Estrar utnyttjas inom parafymindustrin och som smakämnen i godis, bakverk och läskedrycker.

Inom läkemedels-, kosmetika- och livsmedelsindustrin används olika estrar (alkylestrar av p-hydroxybensoesyra) för att förhindra mögelangrepp och jäsning.

salicylsyra (o-HOC6H4COOH) har två grupper som kan bilda estrar. Esterbildning med fenolhydroxylgruppen och ättiksyraanhydrid ger acetylsalicylsyra (H3COC6H4COOH) eller aspirin. Acetylsalicylsyra verkar smärtstillande och febernedsättande. Esterifiering av karboxylgruppen med en metylalkohol (metanol, CH3OH) ger metylsalicylat (vintergrönolja, HOC6H4COOCH3). Den finns i liniment därför att det har en god lukt och den kan snabbt diffundera in i huden.

Salicylsyraderivat

Dacron® (benämns även PET, polyetylentereftalat) är en extremt stark polyester (av tereftalsyra and etylenglykol) som används vid tillverkning av slitstark väv och filmtejp. Dacronväv används för att reparera eller byta ut blodkärl i kroppen.

Estrar används i stor utsträckning som lösningsmedel. Den aromatiska doften som sprayfärg ofta har kommer till stor del från estrar.

Fetter, som är fasta ämnen vid rumstemperatur, och flytande oljor är estrar av glycerol (1,2,3-propandiol) och långkedjiga karboxylsyror.

Fördjupning

Diffusion i gas

Gaspartiklarnas rörelser

Gasmolekyler är små partiklar, ≈ 10-6 mm, som rör sig med hög hastighet, ≈ 1000 m/s. Gasmolekylernas medelhastighet bestäms av temperaturen. Ju högre temperatur, desto högre rörelseenergi hos gasmolekylerna. Gaser diffunderar genom kollisioner med andra gasmolekyler.

Högre temperatur innebär större sannolikhet för kollision, per sekund räknat, med annan gaspartikel. I luft sker vid rumstemperatur i genomsnitt ca 5 miljarder kollisioner per sekund per gaspartikel. Detta betyder att gaspartikeln endast rör sig ca 100 nm mellan varje kollision. Det blir en massa kollisioner!

Kollisioner sker också oftare om koncentrationen av gaspartiklar är hög. Då stiger givetvis sannolikheten för kollision. Samtidigt som sannolikheten för kollision ökar vid en högre koncentration minskar sträckan som gasmolekylen kan färdas innan ny kollision. Ju kortare "fri" sträcka innan ny kollision desto lägre diffusionshastighet.

Gasmolekyler får anses vara "idela partiklar" i den mening att molekylerna kan ses som punktformiga partiklar utan sammanbindande krafter, dvs. utan sekundära bindningar. Detta gör att vi kan studera gasernas rörelse enhetligt oavsett vilken gas det är frågan om. Som tidigare sagt så bestämmer gasmassans temperatur molekylernas medelhastighet. Men Newtons första lag, tröghetslagen, innebär att den kraft som fodras för att ändra en kropps rörelsetillstånd är proportionell mot dess massa, vilket betyder att en tyngre partikel studsar" inte lika långt som en lättare. Detta förklarar olika diffusionshastighet hos olika gaser med olika molmassa.

Sammanfattningsvis kan sägas att hög koncentration och hög molekylvikt minskar diffusionshastigheten hos gaser vid konstant tryck och temperatur.

Diffusionen utjämnar koncentrationsskillnader

Diffusion beskrivs alltså som en rörelse som eftersträvar att utjämna koncentrationsskillnader. Tänk dig att två gaser, t.ex. brom och väte, finns i var sitt kärl separerade av en vägg. När väggen tas bort kommer kommer en del brommolekyler att av en slump att gå över gränsen till det kärl där vätet finns. Vid start finns inga brommolekyler i kärlet med väte. Brom kan inledningsvis inte vandra åt andra hållet. Det blir alltså en nettotransport av brom från kärlet med hög koncentration till det med låg.

Man kan resonera på motsvarande sätt för vätet, fast transporten sker åt andra hållet. Men även där gäller att koncentrationerna av väte utjämnas. Diffusionens koncentrationsutjämnande effekt är en rent statistisk effekt.

Bild: © Svante Åberg

Diffusionssträckor

Den skotske kemisten Thomas Graham visade 1831 att diffusionshastigheten för en gas är omvänt proportionell mot kvadratroten ur dess molekylvikt (Graham's law of diffusion). Krav är dock att omgivningens tryck och temperatur är konstanta.

Detta tillsammans med gasernas allmänna tillståndsekvation (allmänna gaslagen) gör att vi kan få ett allmänt samband mellan diffusionshastigheterna (eller snarare diffusionssträckorna) och molekylvikterna hos två olika gaser:

Med andra ord - förhållandet mellan gasernas diffusionssträckor
(d1 resp. d2) är omvänt proportionellt mot kvadratroten av gasernas molmassor. d1 avser det avstånd som gas nr 1 förflyttat sig (diffunderat) och d2 avser avståndet som gas nr 2 diffunderat.

Matematiken bakom diffusionshastigheterna och sträckorna

Molekylernas rörelseenergi (kinetiska energi) är proportionell mot massan och kvadraten på deras rörelsehastigheter. Närmare bestämt är sambandet
Ekin = ½ m v2

Om vi stuvar om i ekvationen får vi sambandet
v = (2 Ekin/m)½

Den kinetiska energin är i genomsnitt lika för alla molekyler, oberoende av massa, eftersom rörelseenergin bestäms av temperaturen. Alla partiklarna har samma temperatur.

Om vi sedan sätter index 1 och index 2 på de två gaserna med olika molekylmassa, så kan vi ta kvoten mellan de två ämnenas hastigheter och får
v2/v1 = (2 Ekin/m2)½ / (2 Ekin/m1)½
= (m1/m2)½
= [(m1 NA)/(m2 NA)]½
= (M1/M2)½
dvs.
v2/v1 = (M1/M2)½

NA är Avogadros konstant, dvs. antalet partiklar i en mol. Massan m för en partikel multiplicerat med NA ger molmassan M.

Motsvarande diffusionssträckor d är proportionella mot rörelsehastigheterna, vilket ger
d2/d1 = (M1/M2)½

Jämvikt

Jämvikt bygger på att en reaktion sker i framriktningen och tillbakariktningen samtidigt och att reaktionshastigheterna är lika stora. Det innebär att det totalt sett inte sker någon förändring, trots att reaktionerna hela tiden pågår. Man säger att jämvikten är dynamisk därför att det är en pågående process.

Med reaktionsformel så ser jämvikten mellan ämne A och ämne B ut på följande sätt:

A ⇄ B

En liknelse för att förklara jämvikten

Föreställ dig att en hink med vatten står under kranen som är öppen. Men det finns ett hål i hinkens botten där vatten rinner ut. De reaktioner vi tittar på är tillförsel av vatten till hinken (framriktningen) och bortförsel av vatten från hinken (tillbakariktningen).

Vatten utanför hinken motsvarar A i jämvikten ovan, och vatten inuti hinken motsvarar B. Vi kan då skriva jämvikten med ord på följande sätt:

vatten utanför hinken (A) ⇄ vatten inuti hinken (B)

Vi öppnar kranen

Innan vi öppnar kranen, så är hinken tom, men så snart vi öppnar kranen börjar hinken fyllas med vatten. I början är vattennivån låg och det rinner inte ut vatten genom hålet lika snabbt som vatten fylls på från kranen. Det innebär att vattennivån i hinken ökar. Jämvikten har inte ännu ställt in sig.


Vid det högre vattenflödet från kranen till hinken (höger bild), så stabiliseras vattenytan på en högre nivå.
Bild: Svante Åberg

Men ju högre vattennivån blir, desto snabbare rinner vatten ut genom hålet. Till slut rinner vatten ut lika snabbt som det fylls på.

Detta tillstånd får man vid en bestämd vattennivå i hinken som svarar mot ett visst tryck hos vattnet. Denna nivå är jämviktsnivån.

Trots att vi har pågående reaktion i framriktningen (A → B) och samtidigt i tillbakariktningen (A ← B), så är vattennivån stabil. Detta stabila tillstånd, trots pågående reaktioner, kallas dynamisk jämvikt.

Vi ändrar flödet

Om vi sedan skulle ändra kranen så att det tillförs vatten snabbare eller långsammare, så skulle vattennivån i hinken börja förändras igen. Så småningom skulle en ny jämvikt ställa in sig på en annan vattennivå.

Ett högt flöde från kranen ger en hög jämviktsnivå i hinken, ett lågt flöde ger en låg jämviktsnivå.

Exempel på jämvikter

Esterjämvikten

Man kan tillverka väldoftande luktämnen genom att låta alkohol och syra reagera med varandra så att ester och vatten bildas.

alkohol + syra → ester + vatten

Från början finns ingen ester och inget vatten, bara alkohol och syra. Reaktionen sker därför bara åt höger. Men när det väl har bildats en del ester och vatten, så börjar det ske en reaktion åt andra hållet så att alkohol och syra återbildas. Men tillbakareaktionen är långsam i början eftersom det finns så lite ester och vatten som kan reagera.

alkohol + syra ← ester + vatten (långsam i början)

Med tiden bildas det alltmera ester och vatten, vilket gör att tillbakareaktionen blir snabbare. Samtidigt minskar mängden alkohol och vatten, vilket gör att framåtreaktionen blir långsammare. Till slut är tillbakareaktionen lika snabb som framåtreaktionen. Då har dynamisk jämvikt ställt in sig.

alkohol + syra ⇄ ester + vatten

Löslighetsjämvikt

Salter är lösliga i vatten, men bara upp till en viss gräns. När saltlösningen blivit mättad, så är systemet i jämvikt. Exempel på ett salt är natriumklorid, det vill säga vanligt koksalt.

NaCl(s) ⇄ Na+ + Cl

En sak som är speciell i detta fall är att koncentrationen av salt i fast form är konstant, oberoende av hur mycket fast salt vi har. Det innebär att reaktionen i framriktningen alltid är lika snabb.

Däremot varierar koncentrationen av natriumjoner och kloridjoner. I början finns inga natrium- och kloridjoner i lösning. Då sker bara reaktionen i framriktningen.

Men ju mer natrium- och kloridjoner som går i lösning, desto snabbare blir tillbakareaktionen. Till slut faller koksalt ut lika snabbt som det går i lösning. Då har vi fått dynamisk jämvikt.

Jämviktsläget

Massverkans lag

Massverkans lag anger att när ämnen reagerar med varandra, så är reaktionshastigheten proportionell mot koncentrationen av de partiklar som reagerar. Det är en statistisk effekt som kommer av att en kemisk reaktion bara kommer till stånd om de reagerande partiklarna kolliderar. Om koncentrationen av partiklar är hög, så blir det många kollisioner per sekund. Då är det också fler partiklar som reagerar varje sekund – reaktionshastigheten blir hög.

I en jämvikt sker reaktion både i framriktningen (åt höger) och i tillbakariktningen (åt vänster). Jämviktsläget beror på reaktionshastigheten åt höger i jämförelse med den åt vänster. Jämvikt fås när hastigheten åt höger och åt vänster är lika. Det betyder att lika mycket bildas som det som förbrukas. Nettoförändringen blir noll.

Man har så kallad dynamisk jämvikt. Ordet dynamisk anger att reaktionerna hela tiden pågår. Men i och med att inga nettoförändringar sker, så har man jämvikt.

Sannolikheten för kemisk reaktion vid en kollision

Det är emellertid inte varje kollision som leder till kemisk reaktion. Kemisk reaktion innebär att bindningar bryts i den gamla partikeln och nya skapas som ger ett nytt ämne. Men oftast studsar partiklarna bort från varandra utan att reagera. Om partiklarna inte är rätt orienterade i förhållande till varandra vid kollisionen, så sker ingen kemisk reaktion.

Aktiveringsenergin måste övervinnas för att reaktion ska ske

Inte heller sker någon reaktion om kollisionsenergin är för liten. Rörelseenergin i kollisionen måste övervinna den energitröskel det innebär att bryta de gamla bindningarna. Inte förrän dessa är brutna kan nya bildas. Denna energitröskel benämns aktiveringsenergi.

När energinivåerna skiljer, så påverkar det jämviktsläget

Om ämnena på ena sidan i reaktionsformeln är energirikare än ämnena på andra sidan, så är energitröskeln olika stor för reaktionen åt höger respektive åt vänster. (Figur som visar ett sådant exempel ska infogas här.)

När framåt- och bakåtreaktionen sker olika lätt, så påverkar det jämviktsläget. Om till exempel framåtreaktionen är kraftigt exoterm, så är energitröskeln i framriktningen låg och en stor andel av kollisionerna leder till reaktion. Men då blir samtidigt energitröskeln för reaktion i bakåtriktningen hög. Det krävs en hög koncentration av partiklar i högerledet av jämviktsreaktionen för att reaktionshastigheten åt vänster ska bli lika hög som den åt höger. En starkt exoterm jämvikt brukar därför vara starkt förskjuten åt höger.

Jämviktskonstanten är ett mått på jämviktsläget

För att få ett mått på jämviktslägen behöver man få en siffra på hur den aktuella kemiska reaktionen ställer in sig. Värdet hos jämviktskonstanten K återspeglar jämviktsläget. Ju större konstanten är, desto mer förskjuten åt höger är jämvikten. Exempel på en jämvikt som är väldigt starkt förskjuten åt höger är reaktionen mellan vätgas och syrgas då vatten bildas:

2 H2 + O2 ⇄ 2 H2O, K = 3,2·1081 M–1

En jämviktskonstant som är nära noll tyder på en jämvikts som är starkt förskjuten åt vänster. Exempel på en jämvikt som är starkt förskjuten åt vänster är vattnets autoprotolys:

2 H2O ⇄ H+ + OH, K = 1,0·10–14 M2 (lösningsmedlet vatten enhetslöst)

Exempel på en jämvikt som inte är så starkt förskjuten åt någotdera hållet är esterjämvikten:

alkohol + syra ⇄ ester + vatten, K ≈ 4

Le Chateliers princip

Henri Le Chatelier var en fransk kemist under senare delen av 1800-talet. Han arbetade som gruvingenjör i franska statens tjänst och blev så småningom professor, därefter ledamot i både Franska vetenskapsakademin och utländsk ledamot i svenska Vetenskapsakademien. Bland annat genomförde han studier över kemisk jämvikt. Han kom då fram till den princip som bär hans namn:

Om ett kemiskt system, där jämvikt råder, påverkas av en förändring i koncentration, temperatur eller totaltryck, kommer jämvikten att ändras så att förändringen motverkas.

Den kemiska jämvikten gör alltså motstånd mot förändringar, men kompenserar inte helt för den yttre påverkan som systemet utsatts för. Om till exempel etanol ingår som ett reagerande ämne i en jämvikt, och vi tillsätter mera etanol, så kommer reaktionen efter störningen av förbruka etanol. Men det blir inte riktigt hela tillsatsen av etanol som förbrukas, utan halten etanol i blandningen kommer faktiskt att vara lite högre sedan den nya jämvikten har ställt in sig.

Exempel på tillämpning av Le Chateliers princip

Estrar är väldoftande ämnen som kan framställas genom att låta alkohol och syra reagera med varandra så att ester och vatten bildas.

alkohol + syra ⇄ ester + vatten

Esterjämvikten är inte så starkt förskjuten åt höger. För att driva jämvikten hårdare åt höger kan man ta bort vatten som bildats. Det kan ske genom att man tillsätter torkmedel av till exempel vattenfri natriumsulfat. Natriumsulfatet binder upp vattnet så att det inte längre är tillgängligt i esterjämvikten.

Det vatten som tas bort ersätts, enligt Le Chateliers princip, genom att reaktionen går åt höger. Det innebär att ester bildas, samtidigt som alkohol och syra förbrukas. Det nya vatten som bildas tas också upp av torkmedlet, så reaktionen kan fortsätta ytterligare åt höger så att ännu mer ester bildas.

Estrar är opolära ämnen som är olösliga i vatten. Estern flyter därför som ett skikt ovan på vattenlösningen. Däremot är alkoholen och syran vattenlöslig. När man är nöjd med reaktionen, så kan skiktet av ester på ytan dekanteras av och man får ester i ganska ren form.

Exempel med bildning av ammoniak ur kvävgas och vätgas

Ett exempel är reaktionen när kvävgas reagerar med vätgas till ammoniakgas i den så kallade Haberprocessen:

N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92 kJ

Detta är en jämvikt mellan ämnen i gasform där vi har 4 delar gas i vänsterledet och 2 delar gas i högerledet. Reaktionen åt höger halverar antalet mol gas, vilket ger minskat gastryck om volymen hålls konstant. Reaktionen åt höger är exoterm, vilket innebär att inneboende energi hos ämnena avges och ombildas till värme.

Vi ska nu tillämpa Le Chateliers princip på denna jämvikt med några olika fall. Utgångspunkten är att systemet är i jämvikt. Därefter rubbar jämvikten på något sätt. Sedan förutsäger åt vilket håll reaktionen kommer att ske.

Tillförsel av kvävgas eller vätgas

I reaktionsformeln finns kvävgas och vätgas i vänsterledet. Om vi pumpar in mer kvävgas eller vätgas, så blir det "för mycket" kvävgas/vätgas i vänster led i förhållande till jämviktsläget. Reaktionen kommer att gå åt höger så att kvävgas och vätgas förbrukas. Det leder till att det bildas ammoniak. Dessutom avges värme, vilket gör att temperaturen höjs i systemet.

Tillförsel av ammoniak

Om vi pumpar in ammoniak blir det "för mycket" ammoniak i högerledet. Reaktionen sker då åt vänster så att mängden ammoniak minskar och det bildas mera kvävgas och vätgas. Reaktionen är endoterm, det vill säga den förbrukar energi. Därför sjunker temperaturen.

Bortförsel av ammoniak

Om vi på något sätt kan ta bort ammoniak från reaktionsblandningen, till exempel med en reaktion som binder upp ammoniakgas så att den inte kan delta i jämvikten längre, så blir det "för lite" ammoniak i högerledet. Det leder till att reaktion sker åt höger för att ersätta ammoniak som försvunnit. Kvävgas och vätgas förbrukas så att mängden av dem minskar. Reaktionen åt höger är exoterm, vilket leder till att temperaturen ökar.

Vi värmer reaktionsblandningen

Genom att värma reaktionsblandningen kan vi öka dess temperatur. Enligt Le Chateliers princip reagerar då systemet för att motverka temperaturökningen. Reaktionen sker då i endoterm riktning, det vill säga åt vänster. Det medför att ammoniak förbrukas och det bildas kvävgas och vätgas.

Ökning av trycket genom att minska volymen

Detta är en gasjämvikt, vilket innebär att systemet är känsligt för ändringar i volymen. Gaskoncentrationen ökar när vi komprimerar gasen genom att minska volymen.

Detta leder till en ökning av gastrycket. Systemet reagerar genom att motverka tryckökningen. Eftersom det är 4 delar gas i vänsterledet, men bara 2 delar gas i högerledet, så leder en reaktion åt höger till att gastrycket minskar. Minskningen av volymen gör därför att kvävgas och vätgas förbrukas och ammoniak bildas. Samtidigt är reaktionen åt höger exoterm, vilket gör att temperaturen ökar.

Minskning av trycket genom att öka volymen

Detta är motsatsen till föregående fall. När volymen ökar, så minskar gastrycket. Systemet motverkar tryckminskningen genom att reaktionen sker åt vänster så att antalet mol gas ökar. Reaktionen åt vänster är endoterm, vilket ger sänkt temperatur.

Den nya jämvikten som ställer in sig

Även om systemet motverkar den rubbning av systemet som vi orsakade, så kan systemet inte fullt ut kompensera för den påverkan som vi orsakade.

Om vi till exempel pumpar in extra kvävgas, så sker reaktionen åt höger så att kvävgas förbrukas. Men koncentrationen kvävgas, sedan den nya jämvikten ställt in sig, kommer inte att återgå helt till den koncentration som rådde vid den ursprungliga jämvikten, utan det blir kvar en rest av den påverkan som vi skapade. Därför är koncentrationen av kvävgas aningen högre i den nya jämvikten.

Detta kompenseras av att koncentrationen av vätgas är något lägre i den nya jämvikten än i den ursprungliga. På motsvarande sätt blir koncentrationen av ammoniak något högre i den nya jämvikten, än i den ursprungliga.

Inverkan av trycket

Det som styr jämvikten, vad gäller de ingående ämnena, är ämnenas koncentrationer. Jämviktens läge har att göra med reaktionshastigheten åt höger i jämförelse med reaktionshastigheten åt vänster. Eftersom kemisk reaktion sker i samband med att partiklar kolliderar, så är hastigheten koncentrationsberoende. Högre koncentration, ger högre hastighet.

Det är bara gaser som påverkas av trycket. Det beror på att gaser komprimeras av ett högre tryck, men vätskor och fasta ämnen är nästan inte alls komprimerbara. Därför är effekten av tryck på jämvikten bara något som man behöver ta hänsyn till när man har gaser i systemet.

Exempelvis påverkas inte jämvikten mellan fast och löst natriumklorid av trycket.

NaCl(s) ⇄ Na+(aq) + Cl(aq)

NaCl(s) är ett fast ämne vars volym inte ändras märkbart vid ändrat tryck. Natriumjonerna och kloridjonerna i vattenlösning påverkas inte heller eftersom vattenvolymen inte påverkas av trycket, i varje fall inte så länge som vattnet är i vätskeform.

Fysikaliska reaktioner

Le Chateliers princip är utformad för kemiska jämvikter. Principen fungerar dock i princip även för fysikaliska förändringar, till exempel övergångar mellan olika aggregationsformer.

För fysikaliska förändringar blir dock bilden rätt komplicerad när man behöver ta hänsyn till att mekaniskt arbete utförs, till exempel när gaser expanderar. Även temperaturförändringar vid adiabatisk expansion eller kompression inverkar. Då är vi inne på termodynamik, vilket vi inte tar upp närmare just nu.

Litteratur

  1. Lennart Eberson, Organisk kemi, 1970, Almqvist & Wiksell, Stockholm.
  2. David Ehrenkranz, John Mauch, Chemistry in microscale, 1996, Kendall/Hunt Publishing Company, USA.
  3. Andersson, Sonesson, Tullberg, Ryden, Gymnasiekemi 3, 1995, Liber utbildning, Falköping.
  4. Synthesis of Methyl Salicylate from Aspirin, Ryan Kanter, Crescent Valley High School
    http://schools.csd509j.net/cvhs/kanterr/AP%20Chem/Stoichiometry/Synthesis%20of%20Methyl%20Salicylate%20from%20Aspirin.pdf (2013-12-11)
  5. Preparations of Artificial Flavorings and Fragrances, Smile Program Chemistry Index
    http://www.iit.edu/~smile/ch8805.html (2002-12-03)
  6. Esters: The Secret of Natural and Synthetic Fragrances, Smile Program Chemistry Index
    http://www.iit.edu/~smile/ch9205.html (2002-12-03)
  7. Synthesis of Flavoring Esters, Sandra K. Koster, University of Wisconsin
    http://www.uwlax.edu/faculty/koster/esters.htm (2009-02-25)
  8. Microscale: Esters, Wayne L. Michaelchuck
    http://chemmovies.unl.edu/Chemistry/MicroScale/MScale43.html (2009-02-25)
  9. Flavor map, University of the West Indies, Mona Campus, Jamaica
    http://wwwchem.uwimona.edu.jm:1104/lectures/flavmap.html (2002-12-03)
  10. Flavornet and human odor space, Terry Acree & Heinrich Arn, Flavornet, Cornell University
    http://www.nysaes.cornell.edu/flavornet/index.html (2009-02-15)
  11. Olfaction Tutorial, Regina F. Frey and Maureen J. Donlin, Washington University
    http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/Smell/smell.html (2009-02-25)
  12. Smells Database, Berkley University
    http://mc2.cchem.berkeley.edu/Smells/index.html (2002-12-03)

Fler experiment


jämvikt
Anden i flaskan
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Avdunstning och temperatur
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Flaskor mun mot mun
Fryspunktsnedsättning
Färgämnen i M&M
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gummi och lösningsmedel
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur smakar salmiak?
Innehåller koksaltet jod?
Kemi i en brustablett
Kemi i en plastpåse
Kemisk jämvikt hos ett osynligt bläck
Kemiskt snöfall
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Luftfuktighet och rostbildning
Löslighet och pH - En extraktion
Maskrosen som krullar sig
Massverkans lag och trijodidjämvikten
Molnet i flaskan
När flyter potatisen?
Osmos i potatis
pH i kokt mineralvatten
pH-förändringar vid fotosyntes
Principen för dynamisk jämvikt
Reaktionshastighet med permanganat
Saltat islyft
Superabsorbenter i blöjor
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför äter vi Samarin?
Åka hiss
Ägget i flaskan
Älskling, jag krympte ballongen

organisk kemi, kolföreningar
Frigolit i aceton
Gummibandets elasticitet
Hur kan man göra kläder av plast?
Identifiera plasten
Kan man tapetsera med abborrar?
Permanenta håret
pH-beroende avfärgning av rödkål
Platta yoghurtburkar
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?