Moin Leute! Gleichgewichtsreaktionen sind in der Chemie sauwichtig. Dabei gibt es eine Hinreaktion, wo aus den Edukten Produkte entstehen und eine Rückreaktion.
Dann entstehen aus den Produkten wieder die Edukte. Wenn ihr jetzt entweder mehr Produkte oder mehr Edukte haben wollt, dann könnt ihr einen Zwang auf die Reaktion ausüben. Anders gesagt, ihr verändert die äußeren Bedingungen. Ihr habt da drei Einflussfaktoren. Ihr könnt den Druck ändern, die Temperatur anpassen oder die Konzentrationen der beteiligten Stoffe ändern.
So lässt sich dann das Gleichgewicht beeinflussen. Das Ganze wurde von Henri Le Chatelier erforscht und heißt deshalb Prinzip von Le Chatelier. Oder auch Gesetz vom kleinsten Zwang.
Und zwar deshalb, weil das Gleichgewicht dem Zwang oder Stress möglichst gut ausweicht. Machen Druck, Temperatur oder die Konzentrationen auf einer Seite der Reaktion mehr Stress als auf der anderen, dann weicht das Gleichgewicht mehr zu der gechillteren Seite aus. Schauen wir uns die Einflussfaktoren mal im Detail an. Los geht's mit dem Druck. Der ist bei Gasen ganz wichtig.
Bestes Beispiel hier ist die Ammoniak-Synthese. Also, Stickstoff reagiert mit dreimal so viel Wasserstoff zu zwei Ammoniak-Teilchen. Wichtig ist hier die Anzahl der gasförmigen Teilchen auf den beiden Reaktionsseiten. Links seht ihr in der Reaktionsgleichung vier Gasteilchen und rechts sind's nur zwei.
Ihr könnt euch vorstellen, dass jedes Teilchen den gleichen Platz einnimmt. Gleichzeitig haben die Teilchen den gleichen Platz zur Verfügung. Ist wie in nem Zug. Auf der Eduktseite quetschen sich vier Teilchen Stickstoff in ein Abteil.
Und auf der rechten Seite sind es nur zwei Teilchen Ammoniak. Jetzt wird der Druck erhöht. Soll heißen, der Zug wird kleiner. Es ist weniger Platz da. Das sorgt für Stress, vor allem auf der linken Seite.
Auf der rechten Seite ist dann viel weniger Stress. Ist halt nicht so eng im Abteil. Das Gleichgewicht weicht den größten Zwang bzw. Stress aus.
Es verschiebt sich beim Beispiel nach rechts. Es entsteht mehr Ammoniak. Da freut sich der Hersteller. Bei einer Druckerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht also dahin, wo jedes Teilchen für sich mehr Platz hat.
Also bei Reaktionen zwischen Gasen dahin, wo weniger Teilchen sind. Bei einer Druckverringerung sieht das Ganze genau umgekehrt aus. Jetzt hat jedes Teilchen quasi mehr Platz. Das Zugabteil wird größer. Die Teilchen haben jetzt mehr Platz als vorher.
Jetzt ist es auf der linken Seite nicht mehr so eng. Deshalb ist der Stress dann nicht mehr so groß. Und deshalb fühlen sich da auch wieder mehr Teilchen wohl. Das Gleichgewicht verschiebt sich nach links.
Es entstehen mehr Edukte. Das Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite, wo mehr Gasteilchen sind. Merkt euch zur Veränderung des Drucks.
Das Reaktionsgleichgewicht verschiebt sich nur durch Druckveränderung, wenn ihr links und rechts eine unterschiedliche Anzahl an Gasteilchen habt. Aber es gibt noch andere Möglichkeiten, das Gleichgewicht zu verändern. Zum Beispiel eine Änderung der Temperatur.
Hier habt ihr mal eine Reaktion von 2-Stickstoffdioxid zu D-Stickstoff-Tetroxid. Dabei wird Wärme frei. Solche Reaktionen, bei denen Wärme frei wird, nennt man auch Exotherm. Bei der Rückreaktion andersrum wird Energie verbraucht, zum Beispiel in Form von Wärme. Das heißt dann Endotherm.
Okay, bei einer bestimmten Temperatur wie 25 Grad legt wieder ein Gleichgewicht vor. Okay, jetzt wird die Temperatur erhöht. Es gibt dann zusätzliche Wärme. Für die Exotherme-Reaktion ist die Wärme ein zusätzlicher Stress. Die hat ja schon genug Wärme, um loszulegen.
Wenn die Temperatur erhöht wird, wird deshalb immer die Endothermereaktion gefördert. Also hier die von rechts nach links. Die Endothermereaktion kann die Wärme ja gut gebrauchen und läuft deshalb stärker ab. Andersrum gibt es noch den umgekehrten Fall.
Jetzt sinkt die Temperatur. Es ist also weniger Energie da. Die Endothermereaktion hat deshalb Stress wie am Tag vor der Chemiearbeit.
Es ist ja nicht mehr so viel Wärmeenergie da, damit die Reaktion ablaufen kann. Das Gleichgewicht weicht wieder dem Stress aus. Die exotherme Reaktion wird verstärkt und es entsteht mehr Stickstoffdioxid.
Gut soweit. Jetzt gibt es noch eine Möglichkeit, das Reaktionsgleichgewicht zu verändern. Und zwar durch eine Änderung der Konzentrationen der beteiligten Stoffe. Der Stress hier ist zum Beispiel eine sehr hohe Konzentration eines Reaktionspartners.
Dann läuft die Reaktion verstärkt ab, die diesen Stoff verbraucht. Hierzu mal ein Beispiel. Ihr wollt einen sackteuren Stoff mit Wasser reagieren lassen, um das Produkt zu bekommen.
Wenn ihr jetzt die beiden E-Dukte 1 zu 1 in die Reaktion reingebt, stellt sich ein Gleichgewicht ein. Es bildet sich zum Teil unser Produkt, aber es bleibt wegen der Rückreaktion auch ne Menge von dem Wasser und unserem teuren Ausgangsprodukt über. Dummerweise hat dann gar nicht viel von dem teuren Stoff reagiert. Das nervt, ihr habt ja ne Menge dafür bezahlt. Aber es gibt ne Lösung.
Ihr könnt noch mehr Wasser reinkippen. Also nicht das aus dem Ozean, sondern einfach mehr von der Menge. Was bringt das aber? Sagt euch das Massenwirkungsgesetz und die Gleichgewichtskonstante noch was?
Beim Massenwirkungsgesetz sind die Edukte unten im Nenner und die Produkte oben im Zähler. Für unsere Gleichung sieht das dann so aus. Das Ding ist jetzt die Gleichgewichtskonstante Kc ist konstant.
Die verändert sich nicht. Wenn ihr jetzt die Konzentration von Wasser erhöht, dann muss sich auch die Konzentration vom Produkt erhöhen. Sonst würde sich ja Kc verändern.
Die ist aber stur wie ne Bergziege und bleibt wie sie ist. Okay, wenn ihr also das billige Wasser nachkippt, wird die Hinreaktion verstärkt. Es bildet sich mehr Produkt. Natürlich geht's auch wieder andersrum. Ihr könnt auch versuchen, die Konzentration vom Produkt klein zu halten, indem ihr es immer schnell aus der Reaktion wegnehmt.
Auch das seht ihr am Massenwirkungsgesetz. Wenn die Konzentration vom Produkt abnimmt, dann müssen die Konzentration von den Edukten auch abnehmen. So bleibt der Bruch dann im Gleichgewicht.
Die Edukte werden also gezwungen, stärker verbraucht zu werden. Sie werden weniger. Gleichzeitig habt ihr immer mehr Produkt.
Quasi jetzt die drei Zielscheiben und nicht nur eine. Auf diese Weise könnt ihr also auch die Hinreaktion verstärken. So, gut, merkt euch also.
Ihr habt drei Möglichkeiten, das chemische Gleichgewicht zu verändern. Ihr könnt den Druck, die Temperatur oder die Konzentrationen der beteiligten Stoffe variieren. Hier habt ihr nochmal eine schöne Übersicht dafür.
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