Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz GRUNDLAGEN 15 Der Gleichgewichtszustand In einem geschlossenen System laufen Hinund Rück reaktion umkehrbarer Vorgänge nicht vollständig ab. Nach einiger Zeit erreichen Edukte und Produkte einen Gleichgewichtszustand: Sie liegen in konstanten Anteilen vor. Dieses chemische Gleichgewicht bedeutet jedoch keinen Reaktionsstillstand: Es haben sich aber die Reaktionsraten von Hinund Rückreaktion, r➝ und r , angeglichen: r➝ = r . Auf der Teilchenebene existiert also ein dynamisches Gleichgewicht mit konstanter Anzahl der verschiedenen Teilchen. Das Massenwirkungsgesetz MWG Mit dem Massenwirkungsgesetz MWG kann der Zusammenhang zwischen den Konzentrationen von Edukten und Produkten in einem chemischen Gleichgewicht, den Gleichgewichtskonzentrationen c, mathematisch beschrieben werden. Bei der Reak tion a A + b B m M + n N stehen die Konzentrationen aller Stoffe in einem be stimmten Produktverhältnis, das durch die Gleichung K = beschrieben werden kann. K ist darin die Gleichgewichtskonstante, die für jede Reaktion bei gegebener Temperatur einen charakteristischen Wert an nimmt. ➝ ➝ c in mol/L 0,03 10 20 30 40 t in min 0,02 0,01 Veresterung Esterhydrolyse Konzentrationsänderungen der Methansäure bei der Veresterung und der Esterhydrolyse in einem geschlossenen System. Der Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn sich die Konzentration nicht mehr ändert. cm(M) · cn(N) ca(A) · cb(B) Prinzip von Le Chatelier Nach dem Prinzip von Le Chatelier weicht ein System einem äußeren Zwang aus, indem die Hinbzw. Rück reaktion überwiegt, bis sich das Gleichgewicht erneut eingestellt hat, also K den für die jeweilige Temperatur charakteristischen Wert angenommen hat. 1. Änderung der Konzentrationen Eine Erhöhung der Konzentration eines Edukts bzw. eine Verminderung der Konzentration eines Produkts begünstigt die Hinreaktion, die Bildung der Produkte. Eine Verminderung der Konzentration eines Edukts bzw. eine Erhöhung der Konzentration eines Produkts begünstigt die Rückreaktion, die Bildung der Edukte. 2. Änderung der Temperatur Eine Temperaturerhöhung bewirkt, dass die endotherme Reaktion bevorzugt abläuft, eine Temperatur erniedrigung begünstigt den Ablauf der exothermen Reaktion. 3. Änderung des Drucks Bei Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind, wird bei Druckerhöhung die Reaktion begünstigt, die mit einer Verringerung der Teilchenanzahl im gasförmigen Zustand, d.h. mit einer Volumenverringerung, verbunden ist. Bei Druckerniedrigung wird die Reaktion mit einer Erhöhung der Teilchenanzahl im gasförmigen Zustand begünstigt. Katalysatoren beeinflussen die Lage des chemischen Gleichgewichts nicht. Sie erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit der Hinund der Rückreaktion und beschleunigen dadurch die Einstellung des Gleichgewichts. 3377_01_01_2012_001_017 23.09.14 06:24 Seite 15 Nu r z u Pr üf zw ec k n Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs