«11C» Das chemische Gleichgewicht «PDF», «POD»

0.1 ↑ Das chemische Gleichgewicht

0.1.1 ↑ Reversible Reaktionen

• Einleiten von CO_2$C{O}_2$ in Kalkwasser:

  Ca\left(OH\right)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$Ca{\left(OH\right)}_2+C{O}_2\to CaC{O}_3\downarrow +H_{2}O$

• Einleiten von CO_2$C{O}_2$ in eine Kalksuspension:

  CaCO_3 + H_2O + CO_2 \longrightarrow Ca\left(HCO_3\right)_2$CaC{O}_3+H_{2}O+C{O}_2\to Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2$

• Ca\left(HCO_3\right)_2 \stackrel{T}{\longrightarrow} CaCO_3 + H_2O + CO_2$Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2\stackrel{T}{\to }CaC{O}_3+H_{2}O+C{O}_2$

Ca\left(HCO_3\right)_2 \leftrightharpoons CaCO_3 + H_2O + CO_2$Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2\leftrightharpoons CaC{O}_3+H_{2}O+C{O}_2$

Geschlossenes System: Hin- und Rückreaktion einer umkehrbaren Reaktion führen in einem geschlossenen System zu einem Gemisch aller an der Reaktion beteiligten Stoffe.

0.1.2 ↑ Das dynamische Gleichgewicht

Modellhafte allgemeine Gleichung für eine Gleichgewichtsreaktion (A: Edukte, P: Produkte):

{} \begin{array}{ccc} {} \underbrace{a + b} & \leftrightharpoons & \underbrace{c + d} \\ {} A & & B {} \end{array}$\begin{array}{ccc}\hfill \underbrace{a+b}\hfill & \hfill \leftrightharpoons \hfill & \hfill \underbrace{c+d}\hfill \\ \hfill A\hfill & \hfill \hfill & \hfill B\hfill \end{array}$

Hin- und Rückreaktion einer reversiblen Reaktion führen zu einem Gleichgewichtszustand, in dem alle Reaktionspartner vorliegen.

Im dynamischen Gleichgewicht sind die Konzentration der Edukte und Produkte konstant, da Hin- und Rückreaktion (Bildung und Zerfall der Moleküle) gleich schnell verlaufen.

Im Gleichgewicht ist die Reaktionsgeschwindigkeit 0.

0.1.2.1 ↑ Einflüsse auf das chemische Gleichgewicht

Konzentration

Versuch

Chromat/Dichromat-Gleichgewicht

Auswertung

2CrO_4^{2-} + 2H_3O^+ \leftrightharpoons Cr_2O_7^{2-} + 3H_2O$2Cr{O}_4^{2-}+2H_3{O}^{+}\leftrightharpoons C{r}_2{O}_7^{2-}+3H_{2}O$

Die Erhöhung (Erniedrigung) der Konzentration eines Reaktionspartners verschiebt das Gleichgewicht in die Richtung, in die dieser verbraucht (gebildet) wird.

Temperatur

Versuch: 2NO_2 \begin{array}{c}\text{\tiny{}exotherm}\\\leftrightharpoons\\\text{\tiny{}endotherm}\end{array} N_2O_4 \qquad \Delta H = \mp 57 \frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}}$2N{O}_2\begin{array}{c}\hfill \text{exotherm}\hfill \\ \hfill \leftrightharpoons \hfill \\ \hfill \text{endotherm}\hfill \end{array}{N}_2{O}_4\Delta H=\mp 57\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ (Stickstoffoxid, Distickstofftetraoxid)

Eine Temperaturerhöhung (Temperaturerniedrigung) verschiebt das Gleichgewicht in Richtung der endothermen (exothermen) Teilreaktion.

Druck

Versuch

Isotherme Volumenänderung

Auswertung

CO_2(g) \stackrel{\tiny p}{\leftrightharpoons} CO_2(aq)$C{O}_2\left(g\right)\stackrel{p}{\leftrightharpoons }C{O}_2\left(aq\right)$

CO_2(aq) + H_2O(l) \leftrightharpoons H_2CO_3$C{O}_2\left(aq\right)+H_{2}O\left(l\right)\leftrightharpoons H_{2}C{O}_3$

H_2CO_3 + H_2O \leftrightharpoons H_3O^+ + HCO_3^-$H_{2}C{O}_3+H_{2}O\leftrightharpoons H_3{O}^{+}+HC{O}_3^{-}$

[ABBILDUNG]

Eine Druckerhöhung (isotherme Volumenverkleinerugn) verschiebt ein Gleichgewicht in Richtung kleinerer, Druckerniedrigung (isotherme Volumenvergrößerung) in Richtung größerer Teilchenzahl.

Katalysator

Ein Katalysator setzt die Aktivierungsenergie herab. Dies beschleunigt die Einstellung des Gleichgewichts durch die gleichmäßige Förderung beider Teilreaktionen. Dabei verändert er die Lage des Gleichgewichts nicht.

Das Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwanges): Übt man auf ein im Gleichgewicht befindliches chemisches System Zwang aus (Druck-, Volumen-, Konzentrations- oder Temperaturänderung), so verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung, in der die Folgen des Zwanges verringert werden.

Chemische Systeme: [ABBILDUNG]