Das chemische Gleichgewicht
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Viele Reaktionen laufen unvollständig ab!
Auch nach „unendlich“ langer Zeit haben nicht alle Edukte vollständig reagiert.
Die Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer ändern sich nicht.
WIE LASSEN SICH DIESE EXPERIMENTELL ERMITTELTEN DATEN IM TEILCHENMODELL ERKLÄREN??
Ägypten, 1798-1801
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Berthollet_Claude_Louis_.jpg&filetimestamp=20060507071311http://www.uncp.edu/home/rwb/Rosetta_Stone_BW.jpeghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e/e4/Description_de_l%27Egypte,_1823(1).png
Rosetta-Stein
Claude-Louis Berthollet
Charakteristika von chemischen Reaktionen
1) Stoffumwandlung
2) Energieumsatz
3) Umkehrbarkeit
Charakteristika von chemischen Reaktionen im Teilchenmodell
betrachtet1) Stoffumwandlung: Teilchen gruppieren sich neu.
Das geschieht, wenn sie genügend heftig und richtig orientiert aufeinandertreffen.
2) Energieumsatz: Energieaufwand um Teilchenverbände zu lösen; wenn Verbände gebildet werden, wird Energie frei.
3) Umkehrbarkeit: „neue“ Gruppierung von Teilchen verändert sich durch erneutes Zusammentreffen wieder zur „alten“ Gruppierung.
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Hin- und Rückreaktion laufen ab!
Im „Gleichgewicht“ befindet sich eine Reaktion, wenn Hin- und Rückreaktion gleich schnell ablaufen.
Excel-Datei A + B C + D
0.00E+00
2.00E+05
4.00E+05
6.00E+05
8.00E+05
1.00E+06
1.20E+06
0 20 40 60 80 100
Konz.Edukt
Konz. Produkt
0.00E+00
2.00E+05
4.00E+05
6.00E+05
8.00E+05
1.00E+06
1.20E+06
0 20 40 60 80 100
Konz.Edukt
Konz. Produkt
0.00E+00
2.00E+05
4.00E+05
6.00E+05
8.00E+05
1.00E+06
1.20E+06
0 20 40 60 80 100
Konz.Edukt
Konz. Produkt
0.00E+00
2.00E+05
4.00E+05
6.00E+05
8.00E+05
1.00E+06
1.20E+06
0 20 40 60 80 100
Konz.Edukt
Konz. Produkt
Ein Gleichgewicht stellt sich ein
http://www.rrr.de/anja/umaterial/pics/chemgg_apfelkrieg02.jpg
Hin- und Rückreaktion
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Das Massenwirkungsgesetz
„wirksame Masse“ = Konzentration (veraltet)
Reaktionsgleichung:
a A + b B x X + z Z
Massen-
wirkungsgesetz: )B(c)A(c
)Z(c)X(cK
ba
zx
Interpretation von
Ausgangssituation: Alle Stoffe im stöchiometrischen Verhältnis gemischt (a A und b B und x X und z Z in einem geschlossenen System). Bildet sich nun
a) viel Produkt: dann ist K gross, „das Gleichgewicht liegt auf Produktseite“
b) viel Edukt: dann ist K klein, „das Gleichgewicht liegt auf Eduktseite“
)B(c)A(c
)Z(c)X(cK
ba
zx
Beeinflussen der Gleichgewichtslage
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Zugabe eines Edukts
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Zugabe eines Edukts: Beispielrechnung
A + B C, K=0.15
Gleichgewicht 1:
10 A + 20 B 30 C
Zugabe von 168A: Neues Ggw stellt sich ein:
160 A + 2 B 48 C
Wenn ein teuer Stoff möglichst vollständig reagieren soll, gibt man den Reaktionspartner „im Überschuss“ zu.
Entzug eines Produkts
z.B. Produkt abdestillieren; Produkt ausfrieren; Produkt in Lösemittel lösen ...
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Temperaturveränderung
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Wie geht das?
Wärmezufuhr begünstigt die endotherme Reaktion
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Wie geht das?
Abkühlen begünstigt die exotherme Reaktion
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
Temperaturabhängigkeit
2 NO2 (g) N2O4 (g)
braun farblos
Hinreaktion: exotherm
Rückreaktion: endotherm
Druckabhängigkeit
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007
2 NO2 (g) N2O4 (g)Druck-Druck-abhängigkeitabhängigkeit
2
2K 0.13
4
2
4Q 0.06
8
2
5K 0.14
6
Folie von S. Stieger, Kanti Solothurn
Ammoniaksynthese
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Die Hinreaktion ist exotherm.
Wie wirken sich Änderungen von Druck und Temperatur auf die Gleichgewichtslage aus?
)H(c)N(c
)NH(cK
23
2
32
Ammoniakbildung in Abhängigkeit von Druck und TemperaturAmmoniakbildung in Abhängigkeit von Druck und Temperatur
Folie von S. Stieger, Kanti Solothurn
H HH H
H HN N
H H H HH H
H HH
H HN N
H HH H
H HN N
HH
H H
HHN N
H
HN
H
H
H
N
H
H
H
H
NH
H
H
N
H
Ammoniak-Synthese
Fe-Katalysator
Folie von S. Stieger, Kanti Solothurn
Hain, K. et al. Chemie macchiato, Pearson Studium 2007