Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts durch äußere Bedingungen

Das Prinzip von Le Chatelier und Braun, auch bekannt als Prinzip des kleinsten Zwangs, beschreibt, wie ein chemisches System im Gleichgewicht auf äußere Einflüsse reagiert.

Definition: Das Prinzip von Le Chatelier besagt, dass ein System im Gleichgewicht auf einen äußeren Zwang so reagiert, dass die Wirkung des Zwangs minimal wird.

Einfluss der Temperatur

Die Temperatur beeinflusst das chemische Gleichgewicht wie folgt:

• Temperaturerhöhung fördert endotherme Reaktionen
• Temperaturerniedrigung fördert exotherme Reaktionen

Example: Bei der Ammoniaksynthese $N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃$ fördert eine Temperaturerniedrigung die exotherme Hinreaktion, also die Ammoniakbildung.

Einfluss des Drucks

Der Druck wirkt sich folgendermaßen auf das Gleichgewicht aus:

• Druckerhöhung fördert Reaktionen, die unter Volumenabnahme verlaufen
• Druckerniedrigung fördert Reaktionen, die unter Volumenvergrößerung verlaufen

Highlight: Das Volumen fester und flüssiger Stoffe wird bei der Betrachtung des Druckeinflusses vernachlässigt.

Example: Bei der Reaktion C + CO₂ ⇌ 2CO wird durch Druckerhöhung die Rückreaktion gefördert, da diese unter Volumenverkleinerung verläuft.

Einfluss der Konzentration

Die Konzentration der beteiligten Stoffe beeinflusst das Gleichgewicht:

• Erhöhung der Konzentration der Ausgangsstoffe fördert die Hinreaktion
• Erhöhung der Konzentration der Reaktionsprodukte fördert die Rückreaktion
• Entnahme von Reaktionsprodukten fördert die Hinreaktion

Vocabulary: Beeinflussung chemisches Gleichgewicht durch Konzentration bezeichnet die Verschiebung des Gleichgewichts durch Änderung der Stoffmengen.

Zusammenfassend lässt sich das Prinzip von Le Chatelier wie folgt anwenden:

• Temperaturerhöhung fördert endotherme Reaktionen
• Druckerhöhung fördert Reaktionen mit Volumenabnahme
• Konzentrationserhöhung fördert Reaktionen, die den zugeführten Stoff verbrauchen

Example: Bei der Ammoniaksynthese kann die Bildung von NH₃ durch Erhöhung der Konzentrationen von N₂ und H₂ oder durch Entfernung von NH₃ aus dem Stoffgemisch gefördert werden.

Das chemische Gleichgewicht und seine Merkmale

Das chemische Gleichgewicht ist ein besonderer, stabiler Zustand eines stofflichen Systems bei konstanten äußeren Bedingungen. Es tritt bei umkehrbaren chemischen Reaktionen in geschlossenen Systemen auf.

Wesentliche Merkmale des chemischen Gleichgewichts sind:

• Die Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion sind gleich $VHin = VRück$
• Die Konzentrationen der beteiligten Stoffe bleiben konstant $ΔC = 0$
• Es kann von beiden Seiten erreicht werden
• Die Gesamtgeschwindigkeit ist null $Vges = 0$

Definition: Das dynamische Gleichgewicht ist ein Zustand, in dem sich die makroskopischen Eigenschaften eines Systems nicht mehr ändern, obwohl auf molekularer Ebene ständig Reaktionen ablaufen.

Katalysatoren und das chemische Gleichgewicht

Katalysatoren beeinflussen die Kinetik chemischer Reaktionen:

• Sie erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit
• Sie senken die Aktivierungsenergie
• Sie gehen eine Zwischenbindung mit den Ausgangsstoffen ein
• Sie liegen nach der Reaktion unverändert vor

Highlight: Katalysatoren beschleunigen sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion gleichermaßen. Sie verkürzen die Einstellzeit des Gleichgewichts, ändern aber nicht dessen Lage.

Ein Diagramm zeigt, dass positive Katalysatoren die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, während negative Katalysatoren sie nicht beeinflussen. Die Einstellzeit des Gleichgewichts wird durch Katalysatoren verkürzt.

Example: Bei der Ammoniaksynthese $N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃$ beschleunigt ein Eisenkatalysator die Reaktion, ohne das Verhältnis von Ausgangsstoffen zu Produkten im Gleichgewicht zu verändern.