Teori

Le Châteliers prinsipp er en setning innenfor kjemi, som sier at

Når et system som er i kjemisk likevekt, blir utsatt for en ytre påvirkning, vil likevekten forskyves i en slik retning at den ytre påvirkningen blir motvirket.

 

Hensikt

Vi skulle undersøke hva som skjedde når vi utsatte en kjemisk likevekt for ytre påvirkninger. Hensikten med forsøket var å undersøke et system i likevekt, og å observere det som skjer etter en forstyrrelse av likevekten, og kunne begrunne det ut i fra Le Châteliers prinsipp. Vi skulle altså bruke denne teorien i praksis. Den kjemiske likevekten vi skulle lage og deretter utsette for ytre påvirkninger var:

Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) <-> Fe(SCN)²⁺(aq)

(begrunnelse for dette kommer i hypotesen)

 

Utstyr vi brukte:

- Reagensrør

- Plastpipetter, 3 ml

- Spatel

- Begerglass

 

Kjemikalier:

- Sølvnitrat, AgNO3, 0.1 mol/L

- Jern(III)nitrat, Fe(NO3)3, 0.1 mol/L

- Kaliumtiocyanat, KSCN, 0.1 mol/L

- Kaliumdihydrogenfosfat, Na2HPO4

 

Sikkerhet: Lab-frakk og beskyttelsesbriller

 

Kjemikaliene.

 

Forsøksbeskrivelse/fremgangsmåte

Vi startet med to begerglass på 50 ml og 100 ml, der vi i det ene hadde 30 ml vann og 1.0 ml Fe(NO₃). I det andre begerglasset hadde vi 30 ml vann og 1.0 ml KSCN. Det neste vi gjorde var å blande disse to løsningene. Den nye løsningen skulle vi fordele på fem reagensrør, der fire av dem skulle bli utsatt for en ytre påvirkning, mens den femte og siste ble brukt som sammenligning. Vi skulle endre konsentrasjonen av de forskjellige oppløste stoffene.

 

1.     Rør nr. 1 ble tilsatt 3 ml Fe(NO₃)3.

2.     Rør nr. 2 ble tilsatt 3 ml KSCN.

3.     Rør nr. 3 ble tilsatt 1 ml AgNO₃.

4.     Rør nr. 4 ble tilsatt en spatelspiss KH₂PO₄.

 

Dette var utgangspunktet vårt. Slik så fargen ut før vi begynte testingen.

 

Problemstilling

Hva skjedde med de fire ulike løsningene, og hvorfor skjedde det?

 

Vi fikk oppgitt følgende informasjon til hjelp for å kunne trekke konklusjoner vedr. reagensglass 3 og 4:

1. Ag⁺⁽aq) + SCN^-(aq) <-> AgSCN(s)

2. Fe³⁺(aq) + H₂PO_4-(aq) <-> FeH₂PO₄²⁺

 

Produktet i den første reaksjonen er et hvitt fast stoff som vil legge seg som bunnfall i løsningen vår. Produktet i den andre reaksjonen over er fargeløs.

 

Hypotese

Vi gjorde oss opp en mening om hva vi trodde at kom til å skje, og hvorfor det skjedde. Det første vi gjorde var å ha klart hva som var i løsningen vi eksperimenterte med. Deretter la vi frem en hypotese om eventuelle likevektforskyvninger.

 

Reaksjonslikningene:

Fe(NO₃)₃(aq) -> Fe³⁺(aq) + 3NO_3-(aq)

KSCN(aq) -> K⁺(aq) + SCN^-(aq)

 

Jern(III)nitratløsningen er gul, mens kaliumtiocyanatløsningen er fargeløs. Vi blandet disse to sammen og fikk da en reversibel reaksjon, som kom i likevekt. Tiocyanationene og jern(III)ionene hadde dannet kompleksioner; jern(III)tiocyanat.

 

Fe³⁺(aq) + 3NO_3-(aq) + K⁺(aq) + SCN^-(aq) <-> Fe(SCN)²⁺(aq) + 3NO_3-(aq) + K⁺(aq)

 

Vi valgte å se på en netto-ione-likevekt. Med det mener vi at vi valgte å bare se på de ionene vi var interessert i, og som gav oss nyttig informasjon. Reaksjonslikningen ble (som beskrevet helt i begynnelsen av rapporten):

Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) <-> Fe(SCN)²⁺(aq)

 

Vi fikk vite at jern(III)tiocyanat har en sterk og mørk rødlig farge. Vi endte opp med en farge lik den på bildet øverst på siden, dette var vårt utgangspunkt.

 

Hypotese for de ulike forsøkene

 

Forsøk 1: I dette forsøket tilsatte vi 3 ml Fe(NO₃)₃. Vi trodde at løsningen ville få en mørkere farge, blodrød. Grunnen til dette er at likevekten vil, etter Le Châteliers prinsipp, forskyves i en slik retning at den ytre påvirkningen blir motvirket. Dersom vi tilsatte mer av den ene reaktanten, ville det bli dannet mer produkter. Dette var vår hypotese om forsøk 1.

 

Forsøk 2: I dette forsøket tilsatte vi 3 mL KSCN. Vi trodde at løsningen ville få en mørkere farge, blodrød. Grunnen til dette er at likevekten igjen ville forskyves mot høyre hvis man tilsatte reaktanter. Det vil altså dannes mer produkter, og produktet Fe(SCN)²⁺(aq) er blodrødt.

 

Forsøk 3: I dette forsøket tilsatte vi 1 mL AgNO₃. Med litt hjelp fra reaksjonslikningen som var gitt i oppgaven, lagde vi en hypotese om hva som ville skje.

1. Ag⁺⁽aq) + SCN^-(aq) <-> AgSCN(s)

Som vi ser, så fører en tilsetting av det lettløselige saltet AgNO3 til at det dannes en felling, AgSCN(s). Dette er et hvitt bunnfall. Det vi trodde at ville skje her var at når disse to ionene går sammen, ville likevekten vår bli påvirket fordi vi fjernet SCN-. For å motvirke denne ytre påvirkningen så vil reaksjonslikningen gå mot venstre, og flere produkter vil spaltes til reaktanter. Vår hypotese for dette forsøket blir da at fargen på løsningen vil bli lysere og mer gulaktig.

 

Forsøk 4: I dette forsøket tilsatte vi KH₂PO₄. Vi visste at KH₂PO₄ spaltes i K⁺ og H₂PO₄^-. Det siste ionet vil gå sammen med Fe³⁺ og danne FeH₂PO₄²⁺.

H₂PO₄^-(aq) + Fe³⁺(aq) -> FeH₂PO₄²⁺(aq)

Det dannes altså et nytt kompleksion, med 2+ ladning, og det er fargeløst. Med dette kunne vi legge frem en hypotese. Ettersom vi fjernet reaktanter fra likevekten, så ville likevekten forskyve seg mot venstre, og fargen på løsningen ville bli lys gul.

 

Her møtte vi en problemstilling:

 

Fe₂(HPO₄)₃ (Jern(|||)hydrogenfosfat)

eller

Fe(H₂PO₄)₃ (Jern(|||)dihydrogenfosfat)

 

Hvorfor ble ikke følgende stoffer dannet?

Denne problemstillingen vil vi ta opp i konklusjonen, og vi måtte anta at ingen av disse stoffene ble dannet under forsøket.

 

Dette var hypotesene våre. Det neste vi gjorde var å utføre forsøkene og vi observerte hva som skjedde.

 

 

Observasjoner

 

 

1. Som forventet, fikk løsningen en mer mørkerød farge da vi tilsatte Jern(|||)nitrat. Likevekten ble altså forskjøvet mot høyre. Hypotesen vår stemte.

 

 

2. Løsningen ble også her mer mørkerød. Den ble til og med enda mer mørkerød enn da vi tilsatt Jern(|||)-ioner. Vi vet ikke hva dette skyldtes. Vi beskriver en mulig teori om hvorfor det kan ha skjedd i konklusjonen.

Hypotesen vår stemte.

 

3. Her fikk vi en lys og litt gulaktig løsning. Likevekten ble forskjøvet mot venstre. Vi hadde trodd at løsningen ville bli mer gul. En begrunnelse for dette ligger i konklusjonen. Grunnen til at ikke løsningen er klar er fordi det tar tid før bunnfallet legger seg på bunnen. Hypotesen vår om at likevekten ville forskyves mot venstre stemte.

 

3. Her ble likevekten forskjøvet mot venstre, og løsningen ble klar og gulaktig. Hypotesen vår stemte.

                                                                                                  

Oppsummering/Konklusjon

Grunnen til at forsøk 2 gav en litt sterkere blodrød farge en forsøk 1, vet vi ikke. Dette kan være en mulig årsak: I forsøk 2 var det slik at den fargeløse delen av reaktantene utgjorde mer enn det de gule delen, sammenliknet med forholdet i forsøk 1 og det reagensrøret som var til sammenlikning. Forskjellen i farge er som sagt svært liten, og det kan også være en konsekvens av feilmåling da vi målte opp løsningene.

 

Vi fikk som sagt ikke den gulfargen vi hadde trodd at vi skulle få i forsøk 3 og 4. Grunnen til at den ikke ble det kan være fordi vi hadde målt opp feil mengde Jern(|||)nitrat fra begynnelsen av, eller at den rett og slett ikke gir en sterk gulfarge ved så lave konsentrasjoner.

 

I dette forsøket måtte vi som elever gjøre en rekke antagelser. Vi måtte anta fra starten av at løsningene vi brukte ikke var mettet. Da vi gjorde forsøkene skjedde det en rekke reaksjoner, der ioner ble dannet og flerprotiske syrer ble dannet. Ut i fra hvordan reaksjonene går og hvor mange omganger de går, så kunne dette ha påvirket forsøket vårt. Ioner og syren som ble dannet under forsøket kunne i teorien reagert annerledes med hverandre og påvirket resultatene våre. Vi vil trekke frem et par problemstillinger og forklare hvorfor de ikke førte til at resultatene våre ble annerledes.

 

Problem 1: I den første reaksjonen vår som dannet grunnlaget for resten av forsøket ble det dannet K⁺-ioner og NO_3--ioner. Et mulig problem i totallikningen kunne være at kaliumionene og nitrationene reagerte med hverandre og dannet kaliumnitrat, men vi visste ikke om dette kunne ha innvirkninger på likevektsystemet og resultatene.

 

Fe³⁺(aq) + 3NO_3-(aq) + K⁺(aq) + SCN^-(aq) <-> FeSCN^2-(aq) + 3NO_3-(aq) + K+(aq)

K+(aq) + NO_3-(aq) -> KNO₃(s) ?

 

Vi trakk frem det vi kunne om kaliumnitrat, og brukte det vi hadde lært tidligere om saltet. Det viste seg at kaliumnitrat er lettløselig i vann. Vi konkluderer derfor med at ionene løst i vann ikke vil gå sammen og danne fast kaliumnitrat (salpeter).

 

Problem 2: I forsøk 2, møtte vi en problemstilling:

Fe₂(HPO₄)₃ (Jern(|||)hydrogenfosfat)

eller

Fe(H₂PO₄)₃ (Jern(|||)dihydrogenfosfat)

 

Hvorfor ble ikke følgende stoffer dannet?

Svar: Vi tror at grunnen til at det første stoffet ikke ble dannet (i betydningsfull mengde) var fordi at H2PO4- er en svak syre, og i mange tilfeller en amfolytt. Hovedpoenget er at vi tror at den ikke vil protolyseres videre til HPO42- i stor grad. Man kan se ut i fra syrekonstanten at konsentrasjonen av HPO42- blir liten og at den ikke vil bli protolysert med mindre man fortynner løsningen veldig. Konsentrasjonen av PO43- er alltid ubetydelig.

 

En annen grunn til at de to stoffene ikke ble laget, kan være på grunn av mengden KH2PO4 vi tilførte. Det kan altså være en konsekvens av at løsningen ikke var mettet nok, og at det var for mange Jern(|||)-ioner for å få dannet stoffene nevnt over.

 

Konklusjonen vår er at hypotesene stemte helt eller delvis, og at forsøket viste seg å bli mer omfattende enn forventet. Vi synes at vi planlagte og gjennomførte forsøket godt. Vi fikk lære om Le Châteliers prinsipp i praksis ved å observere en likevekt.

 

Feilkilder:

- lite renhet i løsningene (Vi så bl.a. at noen hadde brukt samme pipette i flere løsninger)

- feil konsentrasjon og måling

 

Kilder:

http://www.imperial.edu/admin/Media/File_Upload/62-Files/Nomenclature%20for%20Chemistry%20200%20or%20Practice.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Thiocyanate

http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphoric_acid

Aqua lærebok i kjemi 1, Gyldendal undervisning