Wanneer een reactie omkeerbaar noemen en wanneer niet.

[Jemini]

Hey allemaal,

Mijn docent heeft me uitgelegd dat je reacties niet kan omkeren, maar dat kan dus wel.

Maar wanneer noem je een reactie omkeerbaar.

Je kan een reactie indirect omkeren bijvoorbeeld bij de verbranding van koolstof, ontstaat CO₂

C + O₂ --> CO₂

Maar kan je deze reactie omkeerbaar noemen:

Planten kunnen namelijk van CO₂ weer zuurstof maken maar maken geen koolstof.

Maar je kan wel een reactie omkeerbaar noemen dat de plant van kooldioxide en water glucose en zuurstof.

6CO₂ + 6H₂O <--> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

mvg, Jemini

[gast026]

Dat is natuurlijk een beetje wat je met onomkeerbaar bedoelt. Over het algemeen spreek je alleen van omkeerbaar als het echt van het ene molecuul direct terug kan naar de oorspronkelijke vorm. Bv door het te verwarmen / ander milieu (ph switch) te stoppen. Meestal spreken we er alleen van als het nog enigsinds een evenwichtsreactie is.

Ok, ook hiervoor kan je discussieren. Bv hydrolyse van een ester, dat kan je goed omkeerbaar noemen. Al is het ook weer iets wat niet vanzelfsprekend gaat.

Het voorbeeld wat jij aanhaalt lijkt me wel heel ver gezocht om het nog omkeerbaar te noemen. Maarja over bv waterstofgas + zuurstofgas --> water vs de electrolyse van water zou je wel als omkeerbaar kunnen omschrijven. Al is er totaal geen evenwicht.

Het is maar net hoe je het begrip omkeerbaar definieert.

[Marko]

Een chemische reactie is in deze zin niet omkeerbaar: Je kunt (bijvoorbeeld) een velletje papier verbranden, waarbij CO₂ en H₂O vrijkomen. Maar op welke manier je CO₂ en H₂O ook bij elkaar brengt, dat velletje papier komt nooit meer terug.

In principe is het altijd mogelijk om exact de omgekeerde chemische reactie van een bepaalde chemische reactie uit te voeren. Maar dat moet altijd via een omweg. De omstandigheden waaronder de ene reactie verloopt zullen altijd anders zijn dan de andere.

Voor sommige reacties moet je extreme omwegen bewandelen, wil je de omgekeerde reactie voor elkaar krijgen. Voor andere reacties gaat het wat eenvoudiger. Maar zoals gezegd, de oorspronkelijke objecten krijg je nooit terug.

En dat maakt het verschil met bijvoorbeeld een natuurkunde-proef. Als ik een blokje laat vallen, bijvoorbeeld om de valsnelheid te meten, dan neemt de hoogte-energie af en de kinetische energie toe. De omgekeerde proef kan ook: Ik kan het blokje omhoog gooien - en als ik goed mik zelfs op zijn oorspronkelijke plaats krijgen. Op dat moment wordt kinetische energie omgezet in hoogte-energie. Voor en na de proef is het blokje nog precies hetzelfde, de energie die het heeft is hetzelfde, enzovoort. Het was omkeerbaar, min of meer.

[rwwh]

In de thermodynamica, de studie van de energie van chemische en fysische processen, wordt een onderscheid gemaakt tussen zogenaamde "reversibele" en "irreversibele" processen; letterlijk vertaald "omkeerbaar" en "onomkeerbaar".

In de theorie geldt: een reversibel proces is een proces dat op elk moment continu in evenwicht is. Kijken we naar een fysisch proces dan is het "vallen" van een blokje, zoals Marko dat noemt, een irreversibel proces: er is geen continu evenwicht. Maar: als ik het blokje oppak en "langzaam laat zakken", dan zijn alle krachten op elk moment in evenwicht, dan kan ik het proces op elk moment stoppen, en zelfs omkeren door de drijvende kracht met een heeeeeel klein beetje te veranderen. Dat is een reversibel proces.

In het geval van chemische reacties geldt dat een evenwichtsreactie die netjes gecontroleerd verloopt aan deze eisen voldoet. Bijvoorbeeld als je N₂O₄ in een gascilinder onder druk houdt, en je laat het volume heel voorzichtig toenemen, dan ontstaat een continue evenwicht tussen N₂O₄ en 2NO₂. Een reversibel proces.

Verbranding is inderdaad geen mooi reversibel proces, maar vind ik ook geen mooi voorbeeld: als je uitgaat van een gestructureerd object als een velletje papier zou je dat door zuiver omkeren van de chemische reactie als dat al kan toch nooit terug krijgen (vergelijkbaar met het laten vallen van een wijnglas....). Daarom kun je voor dit soort gedachte-experimenten beter uitgaan van een zuivere stof.

druipertje geeft ook een mooi voorbeeld van de elektrolyse van water. Hierbij spreek je toch niet over omkeerbaarheid van de reactie, omdat er een ander pad wordt gevolgd voor de heen- en de terugweg. De langzame elektrolyse zou je een reversibel pad kunnen noemen (als je de spanning van de cel net iets vermindert, gaat de reactie teruglopen), de verbranding nog steeds niet (BOEM!).

[Marko]

Mooi voorbeeld of niet, soms is een houtje-touwtje uitleg wat beter te verteren.

[Wdeb]

druipertje geeft ook een mooi voorbeeld van de elektrolyse van water. Hierbij spreek je toch niet over omkeerbaarheid van de reactie, omdat er een ander pad wordt gevolgd voor de heen- en de terugweg. De langzame elektrolyse zou je een reversibel pad kunnen noemen (als je de spanning van de cel net iets vermindert, gaat de reactie teruglopen), de verbranding nog steeds niet (BOEM!).

Tsja, dat is inderdaad zo als je er vanuit gaat dat de verbranding de omgekeerde reactie is. Maar dat is natuurlijk niet waar. Het omgekeerde proces van electrolyse vindt plaats in een waterstofbrandstofcel. Hierbij wordt exact het proces van de electrolyse omgedraaid, omdat er een spontaan verlopende reactie is tussen zuurstof en waterstof.

Iedere halfreactie aan de polen is een evenwicht. Echter, de spanning die erop staat verschuift de evenwichten in de niet-spontane richtingen (externe stress). Zodra bijvoorbeeld bij de electrolyse van kaliloog met (poreuze) C-electroden de stroom er wordt afgehaald en beide polen met elkaar worden verbonden met een ampere-meter ertussen, zien we kortstondig stroom lopen (in omgekeerde richting als de electrolyse). Hierbij gaan de evenwichten aan de polen door het gebrek aan de externe stress de spontane kant op verlopen.

met externe spanning: 2H₂O 2H₂ + O₂

zonder externe spanning: 2H₂ + O₂ 2H₂O

Evenwicht: 2H₂O 2H₂ + O₂

Of zij je dit al?? Lees net het stukje nogmaals door. Maar ja, heb het nu al getyped en misschien voegt het iets toe?

Wdeb

[Benm]

Verbranding is inderdaad geen mooi reversibel proces, maar vind ik ook geen mooi voorbeeld: als je uitgaat van een gestructureerd object als een velletje papier zou je dat door zuiver omkeren van de chemische reactie als dat al kan toch nooit terug krijgen (vergelijkbaar met het laten vallen van een wijnglas....). Daarom kun je voor dit soort gedachte-experimenten beter uitgaan van een zuivere stof.

Dat gaat met verbranding al een behoorlijk lastige kwestie opleveren.

Reacties als

2 H2 + O2 <---> 2 H2O

of

2 CO + O2 <---> 2 CO2

zijn feitelijk wel reversibel.

In beide voorbeelden heb je energiewinst bij de reactie naar rechts, maar ook volume afname (van 3 naar 2 gasvormige moleculen). Beide reacties zijn dus om te keren in een situatie van lage druk en hoge temperatuur.

In de regel zou ik iets 'omkeerbaar' bestempelen als de reactanten de simpelste producten zijn die gevormd worden als je de reactie die andere kant op duwt middels druk en/of temperatuur. Iets als cellulose in een vel papier zal je nooit terug krijgen door de producten van die verbranding middels hoge temperatuur de andere kant op te sturen.