H8 Evenwichten
P1 Chemische industrie
Scheikunde overal
Bedrijven die in chemische fabrieken producten maken zijn onderdeel van de
chemische industrie.
Producten uit de chemische industrie
Afhankelijk van de hoeveelheid product spreken we van bulkchemie of
fijnchemie. In de fijnchemie draait het om kleine hoeveelheden (tot een paar
honderd kilogram per jaar). In de bulkchemie worden grote hoeveelheden
product gemaakt (een paar tonnen per jaar). Deze producten zijn vaak
uitgangstof voor het maken van veel andere producten. Onderzoek in de
chemische industrie richt zich op de ontwikkeling van nieuwe producten en
productieprocessen. Zoals door het gebruik van hernieuwbare grondstoffen,
materialen die geschikt zijn voor recycling, processen die zo min mogelijk
energie en grondstoffen gebruiken en nuttig gebruik van afval. Dit is groene
chemie.
Kunstmest
Om te groeien nemen planten stikstof op uit de bodem, in de vorm van
ammonium- of nitraationen. Er is een tekort aan stikstof in de bodem, tot het
begin van de twintigste eeuw gebeurde dat door chilisalpeter. Het Haber-Bosch
proces is het productieproces van ammoniak door waterstof en stikstof met een
katalysator te laten reageren. Uit ammoniak en zuurstof wordt salpeterzuur,
HNO3 (l) gemaakt. Door ammoniakgas en salpeterzuuroplossing te laten
reageren ontstaat ammoniumnitraat. Dit is een bestanddeel van kunstmest.
,P2 Ammoniumnitraat in het groot
Blokschema
In een chemische fabriek geef je de hoeveelheid weer in ton of in kilomol. Bij de
productie komen stappen voor:
- Aanvoer en opslag van grondstoffen.
- Voorbewerking van grondstoffen.
- De reactie.
- De scheiding van het product van de overige stoffen.
- Recyclen van grondstoffen.
- Opslag en afvoer van eindproducten.
- Verwerking van het afval.
Dit geef je weer in een blokschema, de lijnen geven de stroming aan en de
blokken de gebeurtenis met e stof. Als de grondstoffen niet volledig worden
gebruikt worden deze teruggevoerd in de reactor, dit heet recyclen of
recirculeren.
Batch en continu
Bij een continu proces wordt de stofstroom niet onderbroken en het proces
hoeft niet te worden stilgelegd. Er treedt geen tijdverlies op bij vullen, legen of
schoonmaken van reactoren. De installatie wordt specifiek gemaakt voor één
productieproces. Bulkchemicaliën worden hiermee gemaakt. Bij een batch
proces wordt in één keer een hoeveelheid, waarbij een reactor wordt gevuld
met uitgangsstoffen en na de reactie wordt de reactor leeggehaald en
schoongemaakt. De reactor is voor verschillende stoffen bruikbaar.
Rendement
Het rendement van een reactie bereken je door de werkelijke opbrengst
gedeeld door de theoretisch berekende opbrengst in procenten uit te drukken.
, P3 Wat beïnvloedt het rendement?
Omkeerbare reacties
Chemische bedrijven willen een zo hoog mogelijk rendement. Een rendement
van 100% is niet haalbaar. Bij reacties die langzaam verlopen kiest een fabriek
meestal voor een lager rendement, zodat niet-omgezette grondstoffen sneller
gecirculeerd worden. Er wordt dan per tijdseenheid méér product gemaakt.
Evenwichtsreacties zijn reacties waarbij de producten zodra ze zijn gevormd,
meteen weer reageren met uitgangstoffen. Een omkeerbare reactie is een
reactie waarbij je een heengaande en teruggaande reactie hebt. Een aflopende
reactie is een reactie waarbij je alleen een heengaande reactie hebt, je kunt de
beginproducten niet meer terugkrijgen.
Evenwichtsreacties
Bij een evenwichtsreactie kun je door omstandigheden te veranderen het
verloop van de heengaande en teruggaande reactie beïnvloeden. Als de
omstandigheden niet veranderen verlopen de reacties tegelijkertijd en het
mengsel verandert niet. Dit is een dynamisch evenwicht. Een evenwicht tussen
twee reacties geef je in een reactievergelijking aan met een dubbele pijl: R(aq)
⇆ B(aq).
Toepassen op kunstmest
In een evenwichtssituatie zijn alle stoffen die betrokken zijn bij de reactie
aanwezig. Dit betekent dat er geen rendement van 100% kan zijn. Een
katalysator verhoogt beide reactiesnelheden met dezelfde factor, dit zorgt
ervoor dat het evenwicht sneller wordt bereikt. De insteltijd van het evenwicht
wordt korter. De snelheid van een reactie, s, is afhankelijk van de concentraties
van N2 en H2. Aan het begin gaat de reactie dus sneller dan aan het einde.
Wanneer er NH3 gevormd wordt, reageert dit weer terug naar N en H. op een
bepaald moment zijn de reactiesnelheden van de heen- en teruggaande reactie
even groot. De snelheid van de heengaande reactie geef je aan met boven op
de s en de snelheid van de teruggaande reactie geef je aan met boven op de s.
Wanneer het evenwicht is ingesteld blijft de concentratie van ammoniak, en dus
waterstof en stikstof, constant. To is het tijdstip waarop de stoffen worden
bijeengevoegd en tev is de insteltijd, het moment waarop het evenwicht is
ingesteld.
Zo bereken je concentraties bij evenwicht
P1 Chemische industrie
Scheikunde overal
Bedrijven die in chemische fabrieken producten maken zijn onderdeel van de
chemische industrie.
Producten uit de chemische industrie
Afhankelijk van de hoeveelheid product spreken we van bulkchemie of
fijnchemie. In de fijnchemie draait het om kleine hoeveelheden (tot een paar
honderd kilogram per jaar). In de bulkchemie worden grote hoeveelheden
product gemaakt (een paar tonnen per jaar). Deze producten zijn vaak
uitgangstof voor het maken van veel andere producten. Onderzoek in de
chemische industrie richt zich op de ontwikkeling van nieuwe producten en
productieprocessen. Zoals door het gebruik van hernieuwbare grondstoffen,
materialen die geschikt zijn voor recycling, processen die zo min mogelijk
energie en grondstoffen gebruiken en nuttig gebruik van afval. Dit is groene
chemie.
Kunstmest
Om te groeien nemen planten stikstof op uit de bodem, in de vorm van
ammonium- of nitraationen. Er is een tekort aan stikstof in de bodem, tot het
begin van de twintigste eeuw gebeurde dat door chilisalpeter. Het Haber-Bosch
proces is het productieproces van ammoniak door waterstof en stikstof met een
katalysator te laten reageren. Uit ammoniak en zuurstof wordt salpeterzuur,
HNO3 (l) gemaakt. Door ammoniakgas en salpeterzuuroplossing te laten
reageren ontstaat ammoniumnitraat. Dit is een bestanddeel van kunstmest.
,P2 Ammoniumnitraat in het groot
Blokschema
In een chemische fabriek geef je de hoeveelheid weer in ton of in kilomol. Bij de
productie komen stappen voor:
- Aanvoer en opslag van grondstoffen.
- Voorbewerking van grondstoffen.
- De reactie.
- De scheiding van het product van de overige stoffen.
- Recyclen van grondstoffen.
- Opslag en afvoer van eindproducten.
- Verwerking van het afval.
Dit geef je weer in een blokschema, de lijnen geven de stroming aan en de
blokken de gebeurtenis met e stof. Als de grondstoffen niet volledig worden
gebruikt worden deze teruggevoerd in de reactor, dit heet recyclen of
recirculeren.
Batch en continu
Bij een continu proces wordt de stofstroom niet onderbroken en het proces
hoeft niet te worden stilgelegd. Er treedt geen tijdverlies op bij vullen, legen of
schoonmaken van reactoren. De installatie wordt specifiek gemaakt voor één
productieproces. Bulkchemicaliën worden hiermee gemaakt. Bij een batch
proces wordt in één keer een hoeveelheid, waarbij een reactor wordt gevuld
met uitgangsstoffen en na de reactie wordt de reactor leeggehaald en
schoongemaakt. De reactor is voor verschillende stoffen bruikbaar.
Rendement
Het rendement van een reactie bereken je door de werkelijke opbrengst
gedeeld door de theoretisch berekende opbrengst in procenten uit te drukken.
, P3 Wat beïnvloedt het rendement?
Omkeerbare reacties
Chemische bedrijven willen een zo hoog mogelijk rendement. Een rendement
van 100% is niet haalbaar. Bij reacties die langzaam verlopen kiest een fabriek
meestal voor een lager rendement, zodat niet-omgezette grondstoffen sneller
gecirculeerd worden. Er wordt dan per tijdseenheid méér product gemaakt.
Evenwichtsreacties zijn reacties waarbij de producten zodra ze zijn gevormd,
meteen weer reageren met uitgangstoffen. Een omkeerbare reactie is een
reactie waarbij je een heengaande en teruggaande reactie hebt. Een aflopende
reactie is een reactie waarbij je alleen een heengaande reactie hebt, je kunt de
beginproducten niet meer terugkrijgen.
Evenwichtsreacties
Bij een evenwichtsreactie kun je door omstandigheden te veranderen het
verloop van de heengaande en teruggaande reactie beïnvloeden. Als de
omstandigheden niet veranderen verlopen de reacties tegelijkertijd en het
mengsel verandert niet. Dit is een dynamisch evenwicht. Een evenwicht tussen
twee reacties geef je in een reactievergelijking aan met een dubbele pijl: R(aq)
⇆ B(aq).
Toepassen op kunstmest
In een evenwichtssituatie zijn alle stoffen die betrokken zijn bij de reactie
aanwezig. Dit betekent dat er geen rendement van 100% kan zijn. Een
katalysator verhoogt beide reactiesnelheden met dezelfde factor, dit zorgt
ervoor dat het evenwicht sneller wordt bereikt. De insteltijd van het evenwicht
wordt korter. De snelheid van een reactie, s, is afhankelijk van de concentraties
van N2 en H2. Aan het begin gaat de reactie dus sneller dan aan het einde.
Wanneer er NH3 gevormd wordt, reageert dit weer terug naar N en H. op een
bepaald moment zijn de reactiesnelheden van de heen- en teruggaande reactie
even groot. De snelheid van de heengaande reactie geef je aan met boven op
de s en de snelheid van de teruggaande reactie geef je aan met boven op de s.
Wanneer het evenwicht is ingesteld blijft de concentratie van ammoniak, en dus
waterstof en stikstof, constant. To is het tijdstip waarop de stoffen worden
bijeengevoegd en tev is de insteltijd, het moment waarop het evenwicht is
ingesteld.
Zo bereken je concentraties bij evenwicht
