Das chemische Gleichgewicht

 

Viele chemische Reaktionen sind reversibel.

Was heisst das? Aus A + B entsteht C + D, aber aus C + D entsteht wiederum A + B.

Reaktionen die eine Hin- und eine Rückreaktion haben nennt man reversible Reaktionen.

Bei solchen Reaktionen entsteht nach einer gewissen Zeit ein Gleichgewicht.

Dazu ein anschauliches Beispiel: Mario und Bruno befinden sich in einem Schulhof und möchten ein spezielles Spiel mit 100 kleinen Bälle ausprobieren. Mario und Bruno stehen ca 100 meter gegenüber. Bei Mario befinden sich die 100 Bällchen.Mario, der etwas grösser und 2 Jahre älter als Bruno ist, behauptet, er könne alle 100 Bälle zu Bruno hinüberschicken, auch wenn Bruno diese immer wieder zu Mario zurückschiesst.

 

Das Spiel hat soeben begonnen. Mit grosser Kraft wirft Mario Ball um Ball zu Bruno hinüber. Bruno schickt diese Bällchen so gut es geht wieder zurück zu Mario. Nach ca 2 Stunden sind Mario und Bruno ziemlich erschöpft. Immernoch werden Bälle hin und zurückbefördert. Allerdings sind es nun pro Minute allmählich gleichviele Bälle, die hin und zurück rollen oder fliegen. Soeben beginnt es an zu regnen. Die Mutter von Bruno ruft aus dem Balkon des Nachbarhauses, er solle endlich nach Hause kommen. Bei Mario liegen nun 40 und bei Bruno 60 Bälle am Boden. Ein Gleichgewicht hat sich eingestellt. Wir dividieren die Anzahl Ballen bei Bruno durch die Anzahl Ballen bei Mario: 60/40 = 1.5 

 

 

Mario möchte dasselbe Spiel wiederholen. Diesmal mit einem Schulfreund der 2 Jahre älter ist als Mario, mit Paul. Wieder gehen nach 2 Stunden gleichviele Ballen von Mario zu Paul und von Paul zu Mario. Erneut hat Mario sein Ziel verfehlt, sämtliche 100 Bälle dem Partner gegenüber zu schicken. Mehr noch: Bei Mario befinden sich nun gar 60 Ballen und bei Paul lediglich 40. Wir dividieren wieder wie oben die vorhandenen Bälle bei Paul durch diejenigen von Mario. 40/60 = 2/3 oder 0.67

Obiges Beispiel soll zeigen, dass alle chemischen Reaktionen, die nicht spontan oder stark exotherm ablaufen Gleichgewichtsreaktionen sind. Das Gleichgewicht hat sich eingestellt, wenn die Geschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion gleich gross ist.

Das Massenwirkungsgesetz MWG

Das was oben beispielhaft bereits berechnet wurde ist nichts anderes als die Gleichgewichtskonstante K.

Es zeigt ein Beispiel für das Massenwirkungsgesetz.

Allgemeine Formulierung:

Für eine chemische Reaktion

A + B ===> C + D

Werden die Produkte auf der rechten Seite in den Zähler,  die Edukte auf der linken Seite in den Nenner geschrieben.

Sind mehrere Produkte oder Edukte an der Reaktion beteiligt werden sie multipliziert.

K = C*D/A*B 

Stöchiometrische Zahlen vor den beteiligten Substanzen werden potenziert.

aA + cB ===> xC + zD

K = Aexpa*Bexpc/Cexpx*Dexpz 

Bei dieser Formulierung setzt man für die Substanzen Stoffmengen ein.

Das heisst Anzahl Mole. Einheit ist n. n = 1 = 1 mol.

Die Konstante K ist temperaturabhängig!

Meistens finden Reaktionen im flüssigen Milieu statt. So setzt man Stoffmengenkonzentrationen ein. Anzahl Mol je Liter oder als Einheit mol/l.Weshalb die Konstante mit Kc bezeichnet wird.

Zurückkommend auf obiges Beispiel.

Beim Ballspiel Mario mit Bruno beträgt die Gleichgewichtskonstante K 1,5. K ist grösser als 1,  K > 1.

Das bedeutet nichts anderes als das Gleichgewicht liegt rechts.

Beim Spiel Mario und Paul beträgt die Konstante 2/3 oder 0,67. K ist kleiner als 1, K < 1.

das Gleichgewicht liegt links.

Das lässt sich auch auf das Massenwirkungsgesetz anwenden. Siehe untenstehende Tafel

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