|
|
| Zeile 1: |
Zeile 1: |
| − | {{navi|Verlauf chemischer Reaktionen|Chemisches Gleichgewicht}}
| + | #REDIRECT [[Chemisches Gleichgewicht]] |
| − | Eine chemische Reaktion kann reversibel verlaufen, d. h. es findet neben der Umwandlung A + B[[Bild:Pfeil.gif]]C + D auch eine Rückreaktion C + D[[Bild:Pfeil.gif]]A + B statt, z. B. bei der [[Veresterung]]. In Abhängigkeit von den [[Geschwindigkeitskonstante]]n der Hin- und Rückreaktion stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein.
| |
| − | | |
| − | Da zu Beginn der Reaktion ausschließlich die Ausgangsstoffe, also Teilchen A und B vorhanden sind, ist die Wahrscheinlichkeit und damit die [[Reaktionsgeschwindigkeit|Geschwindigkeit]] der Rückreaktion gleich Null, es erfolgt also immer die Umwandlung A + B[[Bild:Pfeil.gif]]C + D.
| |
| − | | |
| − | Mit zunehmender Bildung der Produkte C + D wird jedoch die Wahrscheinlichkeit und damit die Geschwindigkeit der Rückreaktion immer größer, d. h. die Geschwindigkeit der Rückreaktion steigt im gleichen Maße, wie die Geschwindigkeit der Hinreaktion abnimmt.
| |
| − | | |
| − | Zu den Zeitpunkten [Ausgangsstoffe] = [Produkte] sind die Wahrscheinlichkeiten identisch, demnach ist die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion (1).
| |
| − | | |
| − | :''v''<sub>hin</sub> = ''v''<sub>rück</sub> (1)
| |
| − | | |
| − | | |
| − | Es hat sich also nach einiger Zeit ein Zustand eingestellt, in dem sich alle an der Reaktion beteiligten Stoffe in einem Gleichgewicht befinden.
| |
| − | | |
| − | Dieser Gleichgewichtszustand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß im weiteren zeitlichen Verlauf die Menge der durch die Hinreaktion gebildeten Produkte identisch ist mit der durch die Rückreaktion abgebauten Menge, wird auch als dynamisches Gleichgewicht bezeichnet.
| |
| − | | |
| − | == Gleichgewichtskonstante ==
| |
| − | | |
| − | Das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten ''k''<sub>hin</sub> zu ''k''<sub>rück</sub> wird als Gleichgewichtskonstante ''K'' bezeichnet.
| |
| − | Im einfachsten Fall hat ''K'' den Wert Eins und im Gleichgewichtszustand sind die Konzentrationen ''c'' der an der Reaktion beteiligten Stoffe identisch. Ihr Verhältnis beträgt ebenso Eins.
| |
| − | | |
| − | Was verändert sich, wenn die Geschwindigkeitskonstante der Hinreaktion nur halb so groß wie die der Rückreaktion ist?
| |
| − | | |
| − | Im Gleichgewichtszustand ist die [Konzentration] der Edukte doppelt so groß wie die Konzentration der Produkte. Die Gleichgewichtskonstante hat mit 0,5 den gleichen Wert, wie das Verhältnis von Produkt- zu Eduktkonzentration im Gleichgewichtszustand. Zusammenfassend ergibt sich der rechnerische Zusammenhang (2), der auch als '''Massenwirkungsgesetz''' (MWG) bezeichnet wird:
| |
| − | {|
| |
| − | | {{Bruch|ZL=|BL=''K''|NL=|ZR= ''k''<sub>hin</sub> [Produkte] ''[[Konzentration|c]]''(C){{*}}''[[Konzentration|c]]''(D)
| |
| − | |BR=<b>──── = ─────── = ───────</b>
| |
| − | |NR=''k''<sub>rück</sub> [Edukte] ''[[Konzentration|c]]''(A){{*}}''[[Konzentration|c]]''(B)}}
| |
| − | | (2)
| |
| − | |}
| |
| − | | |
| − | == Beispiel ==
| |
| − | Angenommen, bei der [[Veresterung]] bilde sich aus der Kombination genau eines [[Carbonsäure]]-Moleküls S mit einem [[Alkohol]]-Molekül A genau ein [[Ester]]- sowie ein Wassermolekül H<sub>2</sub>O, dann lautet die Reaktionsgleichung:
| |
| − | | |
| − | {{Formel|1=[[Carbonsäure|S]] + [[Alkohol|A]] ⇌ [[Ester|E]] + [[Wasser|H<sub>2</sub>O]]}} (3)
| |
| − | | |
| − | Dynamisches Gleichgewicht bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich zwar im Verlauf der Reaktion die Teilchenarten ändern, deren Summe aber konstant bleibt, in unserem Gedankenexperiment also immer 2 Moleküle.
| |
| − | | |
| − | Wenn bei dieser Reaktion ein Vielfaches an Teilchen eingesetzt wird, z. B. jeweils ein [[Mol]] der Ausgangsstoffe, lässt sich die Gleichgewichtskonstante ''K'' dieser Reaktion [[experiment]]ell ermitteln. Hierzu müssen nach Versuchsende, also Einstellung des Gleichgewichtes die Mengen aller Stoffe bestimmt werden. Verteilt sich die Ausgangsmenge von 2 Mol nach der Veresterung beispielsweise so, dass von allen denkbaren 4 Komponenten jeweils genau 0,5 mol vorhanden sind, kann man die Gleichgewichtskonstante durch Einsetzen ins MWG berechnen, es ergibt sich durch Kürzen eine Gleichgewichtskonstante von genau 1.
| |
| − | | |
| − | Welche Gleichgewichtskonstante ergibt sich für die folgenden Messwerte?
| |
| − | * Anfangsmenge an Carbonsäure und Alkohol je 0,5 mol; nach Versuchsende je 0,1 mol Carbonsäure und Alkohol, Ester und Wasser je 0,4 mol
| |
| − | | |
| − | {|
| |
| − | | {{Bruch|ZL=|BL=''K''|NL=|ZR=[Produkte] 0,4 mol Ester{{*}}0,4 mol Wasser
| |
| − | |BR=<b>─────── = ──────────────────────── = 16</b>
| |
| − | |NR= [Edukte] 0,1 mol Carbonsäure{{*}}0,1 mol Alkohol }}
| |
| − | | (4)
| |
| − | |}
| |
| − |
| |
| − | {{cb|-|82|144}}
| |
| − | {{www}}
| |
| − | *[http://www.chemieunterricht.de/dc2/mwg/ Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie]
| |
| − | | |
| | [[Kategorie:Chemie]] | | [[Kategorie:Chemie]] |
