Was ist das chemische Gleichgewicht?
Manche Reaktionen laufen gleichzeitig in beide Richtungen: Aus Edukten entstehen Produkte, und aus Produkten entstehen wieder Edukte. Solche Reaktionen heißen umkehrbare Reaktionen und werden mit dem Zeichen ⇌ geschrieben, zum Beispiel N2 + 3H2 ⇌ 2NH3.
Am Anfang ist die Hinreaktion schnell. Mit zunehmender Produktmenge wird die Rückreaktion schneller. Sind beide Geschwindigkeiten gleich, ist das dynamische Gleichgewicht erreicht. Dann gilt:
- Die Reaktionen stoppen nicht. Sie laufen weiter in beide Richtungen.
- Die Stoffmengen bleiben konstant, aber von Edukten und Produkten muss nicht gleich viel vorhanden sein.
- Das Gleichgewicht stellt sich nur in einem geschlossenen Gefäß ein.
Wie verschiebt sich das Gleichgewicht?
Prinzip von Le Chatelier (auch Prinzip vom kleinsten Zwang): Wirkt von außen eine Änderung auf ein System im Gleichgewicht, verschiebt sich das System in die Richtung, die diese Änderung verringert.
| Änderung | Wohin verschiebt sich das Gleichgewicht? |
|---|---|
| Edukt zugeben | Zu den Produkten (nach rechts) |
| Produkt entfernen | Nach rechts |
| Temperatur erhöhen | In Richtung der endothermen Reaktion |
| Temperatur senken | In Richtung der exothermen Reaktion |
| Druck erhöhen | Zur Seite mit weniger Mol Gas |
| Katalysator zugeben | Keine Verschiebung, aber das Gleichgewicht stellt sich schneller ein |
Die Ammoniakreaktion ist exotherm, links stehen 4 Mol Gas, rechts 2. Eine Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht also nach rechts, eine Temperaturerhöhung nach links.
Die Gleichgewichtskonstante Kc drückt das Gleichgewicht als Zahl aus. Ändern sich Druck oder Konzentration, kann sich das Gleichgewicht verschieben, der Wert von Kc bleibt aber gleich. Er hängt nur von der Temperatur ab.
Sieh dir das Gleichgewicht in der App Nalukh chem an
Dieser Simulator gehört zum Vollzugriff. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung nutzbar.
Wie benutzt du den Simulator?
In der Box bewegen sich 30 Teilchen: Blau ist A, Orange ist B. Stell dir A als Edukt und B als Produkt vor.
- Lies die Zahl der A- und B-Teilchen in der Zeile unter der Box ab.
- Zieh den Schieberegler ⚖️ Bedingungen (A ← → B) nach rechts, und A-Teilchen wandeln sich langsam in B um. Ziehst du ihn nach links, wandeln sich B-Teilchen in A um.
- Wenn sich die Zahlen eingependelt haben, achte auf die Farben der Teilchen: Die Gesamtzahlen ändern sich nicht, aber einzelne Teilchen wechseln immer wieder ihre Farbe. Das ist das dynamische Gleichgewicht.
Der Schieberegler steht nicht für eine bestimmte Änderung. Er zeigt allgemein eine Änderung der Bedingungen. Der Simulator hat keine Zahlen für Temperatur oder Druck.
Aufgaben für den Simulator
- Lass den Schieberegler in der Mitte und warte, bis sich die Zahlen eingependelt haben. Wie viele A- und B-Teilchen gibt es? Antwort: 15 und 15. Die Teilchen wechseln aber weiter ihre Farbe.
- Zieh den Schieberegler nach rechts und warte, bis sich die Zahlen eingependelt haben. Antwort: Es gibt mehr B- und weniger A-Teilchen, und die Zahlen bleiben wieder konstant. Das bedeutet, dass sich ein neues Gleichgewicht eingestellt hat.
- Stell dir vor, du erhöhst bei der Ammoniakreaktion den Druck, und zieh den Schieberegler in die richtige Richtung. Antwort: Nach rechts, und die Produktmenge steigt.
- Zieh den Schieberegler ganz nach rechts. Antwort: Alle 30 Teilchen werden zu B. Das ist ein vereinfachtes Bild: In einer echten umkehrbaren Reaktion bleiben beide Seiten erhalten.
Beispiele aus dem Alltag
Kohlensäurehaltige Getränke werden abgefüllt, nachdem CO2 unter hohem Druck hineingepresst wurde. Öffnest du eine Dose, sinkt der Druck, und das gelöste CO2 entweicht als Blasen. Das Gleichgewicht hat sich zum Gas hin verschoben. Ammoniakfabriken entfernen das Produkt laufend, was das Gleichgewicht ebenfalls nach rechts verschiebt.
