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Chemie · Chemisches Gleichgewicht
Dynamisches Gleichgewicht, Massenwirkungsgesetz mit K und Q, das Prinzip von Le Chatelier für Konzentration, Druck, Temperatur, Katalysator und Inertgas und die Haber-Bosch-Synthese als Beispiel.
Im Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion gleich schnell weiter, die Konzentrationen bleiben konstant. K zeigt, wo das Gleichgewicht liegt, und nur die Temperatur ändert K.
In einem geschlossenen System gilt im Gleichgewicht v(Hin) = v(Rück). Nach außen ändert sich nichts, auf Teilchenebene wandeln sich ständig Stoffe um. Die Konzentrationen sind konstant, aber meist nicht gleich groß.
Du kannst das Gleichgewicht von beiden Seiten erreichen, aus reinen Edukten oder aus reinen Produkten, und kommst bei derselben Temperatur zum selben K.
→ Ausführlich in: Reaktionsgeschwindigkeit, dort die Herleitung K = k₁/k₂
K = [C]^c · [D]^d / ([A]^a · [B]^b)für aA + bB ⇌ cC + dD
Produkte stehen oben, Edukte unten, jeweils hoch ihrem Koeffizienten. K > 1 heißt, das Gleichgewicht liegt bei den Produkten, K < 1 bei den Edukten. Bei A + B ⇌ C + D mit K = 10 sind Produkt- und Eduktkonzentrationen nicht gleich.
Reine Feststoffe und reine Flüssigkeiten (etwa Wasser als Lösungsmittel) stehen nicht in K, gelöste Stoffe und Gase schon. Bei CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) ist K = [CO₂]. Für Gase kannst du Partialdrücke einsetzen (Kp). Folgen zwei Schritte aufeinander, multiplizierst du ihre K-Werte.
Der Reaktionsquotient Q wird genauso berechnet, aber mit den aktuellen Konzentrationen. Q < K: die Hinreaktion läuft. Q > K: die Rückreaktion läuft. Q = K: Gleichgewicht. Gibst du im Beispiel NO₂ bis 0,4 mol/L zu, ist Q = 0,8/0,4² = 5 und damit kleiner als K. Es entsteht mehr N₂O₄.
Übst du auf ein Gleichgewicht einen Zwang aus, verschiebt es sich so, dass der Zwang kleiner wird.
| Eingriff | Verschiebung | K? |
|---|---|---|
| Edukt zugeben, Produkt entfernen | zu den Produkten | gleich |
| Produkt zugeben, Edukt entfernen | zu den Edukten | gleich |
| Druck ↑ (Gase) | zur Seite mit weniger Gasmolen | gleich |
| Temperatur ↑ | zur endothermen Seite | ändert sich |
| Katalysator | keine | gleich |
| Inertgas, V konstant | keine | gleich |
Ein Produkt laufend zu entfernen, etwa durch Abdestillieren, hält die Reaktion auf der Produktseite. Beim Druck gehst du so vor:
Bei der Temperatur behandelst du Wärme wie einen Reaktionspartner: Bei exothermer Hinreaktion steht sie rechts, T ↑ verschiebt nach links, und K sinkt. Bei endothermer Hinreaktion verschiebt T ↑ nach rechts, K steigt.
Ein Inertgas bei konstantem Volumen ändert die Partialdrücke nicht. Bei konstantem Druck vergrößert es das Volumen und wirkt wie eine Druckabnahme.
Ein Katalysator beschleunigt beide Richtungen gleich und verschiebt nichts.
→ Ausführlich in: Katalysator
Hohe Temperatur (endotherme Richtung) und niedriger Druck (Seite mit mehr Gasmolen).
N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ ist exotherm (ΔH ≈ −92 kJ je Formelumsatz) und verringert die Gasmolzahl von 4 auf 2. Jede Maßnahme folgt aus Le Chatelier:
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeVerändere khin und krück. Wie verschieben sich die Gleichgewichtswerte, und wann ist K > 1, wann K < 1?
Interaktives Modell
Deine AufgabeWähle nacheinander die Zwänge, sage jeweils die Verschiebung voraus und prüfe sie an den Kurven. Bei welchem Zwang ändert sich K selbst?
