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Lisa
30.3.2021
Chemie
chemisches Gleichgewicht
Das chemische Gleichgewicht ist ein dynamischer Zustand, bei dem Hin- und Rückreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen. Mit dem Prinzip von Le Chatelier und dem Massenwirkungsgesetz lässt sich vorhersagen, wie sich Gleichgewichte bei äußeren Einflüssen verschieben.
30.3.2021
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Ein chemisches Gleichgewicht ist dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion gleich ist. Da beide Teilreaktionen ständig weiterlaufen, spricht man von einem dynamischen Gleichgewicht.
Mit dem Massenwirkungsgesetz können wir Gleichgewichte quantitativ beschreiben. Für eine allgemeine Reaktion aA + bB ⇌ cC + dD gilt: K = [C]^c·[D]^d/[A]^a·[B]^b. Je größer der K-Wert, desto mehr liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite.
Es gibt drei wichtige Einflussfaktoren auf das chemische Gleichgewicht:
💡 Das Prinzip von Le Chatelier (auch Prinzip des kleinsten Zwanges) besagt: Übt man auf ein Gleichgewicht einen Zwang aus (durch Änderung von Temperatur, Druck oder Konzentration), so verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung, die diesem Zwang entgegenwirkt.
Das Le Chatelier Prinzip lässt sich durch viele Beispiele aus dem Alltag veranschaulichen, etwa bei der Essigsäure-Ethanol-Reaktion: Essigsäure + Ethanol ⇌ Essigsäureethylester + Wasser. Gibt man mehr Essigsäure hinzu, bildet sich mehr Ester.
Säure-Base-Reaktionen sind spezielle chemische Gleichgewichte, bei denen Protonen übertragen werden. Säuren sind Protonendonatoren, während Basen als Protonenakzeptoren fungieren. An jeder Säure-Base-Reaktion sind stets zwei korrespondierende Säure-Base-Paare beteiligt.
Die Protolyse beschreibt den Übergang von Protonen von Säuren auf Basen. Damit eine Säure ein Proton abgeben kann, muss eine geeignete Base vorhanden sein, die es aufnimmt. Viele Säure-Base-Reaktionen sind umkehrbar und führen zu dynamischen chemischen Gleichgewichten.
Ein wichtiges Phänomen ist die Autoprotolyse des Wassers: H₂O + H₂O ⇌ OH⁻ + H₃O⁺. Diese Reaktion ist der Grund für die geringe elektrische Leitfähigkeit von reinem Wasser. Die Konzentration der Ionen lässt sich mit dem Ionenprodukt des Wassers beschreiben: Kw = [H₃O⁺]·[OH⁻] = 10⁻¹⁴ mol²/l² (bei 25°C).
💡 Bei der Gleichgewichtskonstante K = 1 sind Produkte und Edukte in gleicher Konzentration vorhanden. Ist K < 1, liegt das Gleichgewicht auf der Eduktseite, bei K > 1 auf der Produktseite.
In reinem Wasser gilt: [H₃O⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ mol/l. Diese Werte kann man durch Anwendung des Massenwirkungsgesetzes berechnen, indem man das Ionenprodukt des Wassers nutzt und berücksichtigt, dass Wasser neutral ist.
Der pH-Wert ist eine praktische Größe zur Charakterisierung wässriger Lösungen. Er wird definiert als negativer dekadischer Logarithmus der Oxoniumionenkonzentration: pH = -lg [H₃O⁺]. In sauren, alkalischen und neutralen Lösungen hängen die Konzentrationen von H₃O⁺ und OH⁻ voneinander ab.
Die Einteilung erfolgt nach:
Zwischen pH und pOH besteht der Zusammenhang: pH + pOH = 14. Hat man den pH-Wert, kann man die Oxoniumionenkonzentration berechnen: [H₃O⁺] = 10⁻ᵖᴴ.
Die Tabelle der pKs- und pKb-Werte zeigt uns die Stärke von Säuren und Basen. Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker ist die Säure. Starke Säuren wie HCl haben pKs-Werte < 0, schwache Säuren wie Essigsäure haben pKs-Werte zwischen 4,5 und 9,5.
💡 Chemisches Gleichgewicht Beispiele aus dem Alltag: Je stärker eine Säure ist, desto schwächer ist ihre korrespondierende Base und umgekehrt. Ammoniak (NH₃) ist eine schwache Base (pKb = 4,75), sein korrespondierendes Ammoniumion (NH₄⁺) ist entsprechend eine schwache Säure (pKs = 9,25).
Aus den pKs- und pKb-Werten lässt sich die Stärke von Säuren und Basen zuverlässiger ablesen als aus dem pH-Wert, da dieser von der Konzentration abhängt.
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Das chemische Gleichgewicht ist ein dynamischer Zustand, bei dem Hin- und Rückreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen. Mit dem Prinzip von Le Chatelier und dem Massenwirkungsgesetz lässt sich vorhersagen, wie sich Gleichgewichte bei äußeren Einflüssen verschieben.
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Ein chemisches Gleichgewicht ist dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion gleich ist. Da beide Teilreaktionen ständig weiterlaufen, spricht man von einem dynamischen Gleichgewicht.
Mit dem Massenwirkungsgesetz können wir Gleichgewichte quantitativ beschreiben. Für eine allgemeine Reaktion aA + bB ⇌ cC + dD gilt: K = [C]^c·[D]^d/[A]^a·[B]^b. Je größer der K-Wert, desto mehr liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite.
Es gibt drei wichtige Einflussfaktoren auf das chemische Gleichgewicht:
💡 Das Prinzip von Le Chatelier (auch Prinzip des kleinsten Zwanges) besagt: Übt man auf ein Gleichgewicht einen Zwang aus (durch Änderung von Temperatur, Druck oder Konzentration), so verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung, die diesem Zwang entgegenwirkt.
Das Le Chatelier Prinzip lässt sich durch viele Beispiele aus dem Alltag veranschaulichen, etwa bei der Essigsäure-Ethanol-Reaktion: Essigsäure + Ethanol ⇌ Essigsäureethylester + Wasser. Gibt man mehr Essigsäure hinzu, bildet sich mehr Ester.
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Säure-Base-Reaktionen sind spezielle chemische Gleichgewichte, bei denen Protonen übertragen werden. Säuren sind Protonendonatoren, während Basen als Protonenakzeptoren fungieren. An jeder Säure-Base-Reaktion sind stets zwei korrespondierende Säure-Base-Paare beteiligt.
Die Protolyse beschreibt den Übergang von Protonen von Säuren auf Basen. Damit eine Säure ein Proton abgeben kann, muss eine geeignete Base vorhanden sein, die es aufnimmt. Viele Säure-Base-Reaktionen sind umkehrbar und führen zu dynamischen chemischen Gleichgewichten.
Ein wichtiges Phänomen ist die Autoprotolyse des Wassers: H₂O + H₂O ⇌ OH⁻ + H₃O⁺. Diese Reaktion ist der Grund für die geringe elektrische Leitfähigkeit von reinem Wasser. Die Konzentration der Ionen lässt sich mit dem Ionenprodukt des Wassers beschreiben: Kw = [H₃O⁺]·[OH⁻] = 10⁻¹⁴ mol²/l² (bei 25°C).
💡 Bei der Gleichgewichtskonstante K = 1 sind Produkte und Edukte in gleicher Konzentration vorhanden. Ist K < 1, liegt das Gleichgewicht auf der Eduktseite, bei K > 1 auf der Produktseite.
In reinem Wasser gilt: [H₃O⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ mol/l. Diese Werte kann man durch Anwendung des Massenwirkungsgesetzes berechnen, indem man das Ionenprodukt des Wassers nutzt und berücksichtigt, dass Wasser neutral ist.
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Der pH-Wert ist eine praktische Größe zur Charakterisierung wässriger Lösungen. Er wird definiert als negativer dekadischer Logarithmus der Oxoniumionenkonzentration: pH = -lg [H₃O⁺]. In sauren, alkalischen und neutralen Lösungen hängen die Konzentrationen von H₃O⁺ und OH⁻ voneinander ab.
Die Einteilung erfolgt nach:
Zwischen pH und pOH besteht der Zusammenhang: pH + pOH = 14. Hat man den pH-Wert, kann man die Oxoniumionenkonzentration berechnen: [H₃O⁺] = 10⁻ᵖᴴ.
Die Tabelle der pKs- und pKb-Werte zeigt uns die Stärke von Säuren und Basen. Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker ist die Säure. Starke Säuren wie HCl haben pKs-Werte < 0, schwache Säuren wie Essigsäure haben pKs-Werte zwischen 4,5 und 9,5.
💡 Chemisches Gleichgewicht Beispiele aus dem Alltag: Je stärker eine Säure ist, desto schwächer ist ihre korrespondierende Base und umgekehrt. Ammoniak (NH₃) ist eine schwache Base (pKb = 4,75), sein korrespondierendes Ammoniumion (NH₄⁺) ist entsprechend eine schwache Säure (pKs = 9,25).
Aus den pKs- und pKb-Werten lässt sich die Stärke von Säuren und Basen zuverlässiger ablesen als aus dem pH-Wert, da dieser von der Konzentration abhängt.
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Die Stärke von Säuren und Basen wird durch ihre Fähigkeit bestimmt, Protonen abzugeben oder aufzunehmen. Mit der Säurekonstante Ks und der Basenkonstante Kb lassen sich konkrete Werte für diese Stärke ermitteln.
Für eine Säure HA in Wasser gilt: HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺ mit Ks = [H₃O⁺]·[A⁻]/[HA]. Analog gilt für eine Base B: B + H₂O ⇌ BH⁺ + OH⁻ mit Kb = [BH⁺]·[OH⁻]/[B]. Je größer Ks oder Kb ist, desto stärker ist die Säure oder Base.
Statt Ks und Kb verwendet man oft die pKs- und pKb-Werte (pKs = -lg Ks). Die Stärke lässt sich wie folgt einteilen:
💡 Das Prinzip von Le Chatelier angewandt auf Konzentration: Bei schwachen Säuren reagiert nicht alles mit Wasser. Den pH-Wert einer schwachen Säure kann man mit der Formel pH = ½(pKs - lg c₀(HA)) berechnen, wobei c₀ die Ausgangskonzentration ist.
Zwischen pKs und pKb einer korrespondierenden Säure-Base-Paares gilt immer: pKs + pKb = 14. Dies ist eine direkte Folge des Massenwirkungsgesetzes und hilft uns, die Eigenschaften des jeweils anderen Partners vorherzusagen. Ein Rechner für das Massenwirkungsgesetz kann dabei sehr nützlich sein.
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Stefan S
iOS user
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Lena M
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Timo S
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Sudenaz Ocak
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Julia S
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Marcus B
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Sarah L
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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
Hans T
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Julia S
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