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Einflussfaktoren des Gleichgewichts

WebinarTerminankündigung aus unserem Online-Kurs Technische Mechanik 3: Dynamik:
 Am 06.12.2016 (ab 16:00 Uhr) findet unser nächstes Webinar statt.
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Das chemische Gleichgewicht kann durch unterschiedliche Faktoren aus seiner Gleichgewichtslage gebracht werden. Im Rahmen dieses Kurses werden wir auf die drei nachfolgenden Einflussfaktoren eingehen:

1. Temperatur $ T $

2. Druck $ p $ bei Gasreaktionen

3. Konzentration $ c $

Temperatur

Die Temperatur beeinflusst das chemische Gleichgewicht, weshalb für jede bestimmte Gleichgewichtskonstante  $ K $ immer eine zugehörige Temperatur angegeben wird. Je nachdem in welche Richtung wir das chemische Gleichgewicht beeinflussen möchten, können wir entweder einer Temperaturerhöhung oder eine Temperatursenkung durchführen. Beide Vorgänge bewirken entweder eine Verschiebung des Gleichgewichts hin zur Eduktseite oder hin zur Produktseite. 
Zur genaueren Einschätzung der Wirkungsrichtung, ist die Kenntnis hinsichtlich der Reaktionsenthalpie des vorliegenden Gleichgewichts erforderlich. 

Beispiel

Liegt beispielsweise ein Gleichgewicht mit einer exothermen Hinreaktion vor, so verschiebt sich das Gleichgewicht bei einer Erhöhung der Temperatur auf die Seite der Edukte. Daraus folgt dann, dass die Gleichgewichtskonstante $ K $ kleiner wird. 
Im umgekehrten Fall, also wenn ein Gleichgewicht mit einer endothermen Hinreaktion vorliegt, verschiebt sich das Gleichgewicht bei einer Temperaturerhöhung auf die Produktseite, weshalb dann auch die Gleichgewichtskonstante $ K $ größer wird. 

Merke

Zusammengefasst:

  • Exotherme Hinreaktion (mit endothermer Rückreaktion) $\rightarrow $ Temperaturerhöhung = Gleichgewichtsverschiebung auf die Eduktseite $\rightarrow  K\downarrow $.

  • Exotherme Hinreaktion (mit endothermer Rückreaktion) $\rightarrow $ Temperatursenkung = Gleichgewichtsverschiebung auf die Produktseite $\rightarrow  K\uparrow $.

  • Endotherme Hinreaktion (exotherme Rückreaktion) $ rightarrow $ Temperaturerhöhung = Gleichgewichtsverschiebung auf die Produktseite $ rightarrow K\uparrow $.

  • Endotherme Hinreaktion (exotherme Rückreaktion) $ rightarrow $ Temperatursenkung = Gleichgewichtsverschiebung auf die Eduktseite $ rightarrow K\downarrow $.

Druck

Die zweite einflussnehmende Größe ist der Druck. Denn chemische Gleichgewichte, die sich zwischen Reaktionsteilnehmer (mind. 1) in der Gasphase einstellen, können durch diesen beeinflusst werden. Erhöht man den Druck spricht man von einer Kompression, wird der Druck verringert so liegt eine Expansion vor.  
Bei der Kompression weicht das im Gleichgewicht befindlich System der Druckerhöhung aus. Hierbei verschiebt sich das Gleichgewicht in zu der Seite mit geringerer Teilchenanzahl. 

Beispiel

So verhält es sich bei der Bildung von Ammoniakgas. Hier reagieren 3 Volumenanteile Wasserstoff und 1 Volumenanteil Stickstoff zu 2 Volumenanteilen Ammoniakgas:

Methode

Reaktionsgleichung Ammoniak: $ 3 H_2 (g) + N_2 (g) \leftrightarrow 2 NH_3 (g) $  

Merke

Die Reduktion von 4 auf 2 Teilchen wird durch eine Druckerhöhung begünstigt, eine Erhöhung von 1 auf 2 Teilchen wird durch Druckverminderung begünstigt 

Bei einer Druckerhöhung ist es daher logisch, dass sich das Gleichgewicht nach rechts verschiebt, da dort weniger Gasvolumen vorliegt.

In einem der nächsten Kurstexte werden wir Ihnen erneut das als Haber-Bosch-Verfahren bekannte Verfahren zur Herstellung von Ammoniak vorstellen.

Konzentration

Ändert man die Konzentration eines Produkt so zieht das eine Störung des Gleichgewichts nach sich. Geht man noch einen Schritt weiter und entfernt man die Produkte aus dem Gleichgewicht so wird der Zähler des Massenwirkungsquotient $ Q $ Null. Daraufhin reagiert das System indem es neue Produkte produziert, die dann wieder einen neuen Gleichgewichtszustand zur Folge haben. Währenddessen stellt sich dann auch wieder der Wert von $ K $ ein.

Merke

Die neue Einstellung lässt sich zudem durch einen Katalysator beschleunigen. Er hat aber keinerlei Einfluss auf die Gleichgewichtslage. 
Übersicht der Konzentrationsänderungen:

Merke

Konzentrationserhöhung der Edukte $\rightarrow $ Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach rechts. (Drücken des Gleichgewichts) : $ \ [C]^c \cdot [D]^d = K \cdot [A]^a \cdot [B]^b $ mit $ K \uparrow $

Konzentrationsenkung der Edukte $\rightarrow $ Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach links. 

Konzentrationserhöhung der Produkte $\rightarrow $ Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach links.

Konzentrationsenkung der Produkte $\rightarrow $ Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach rechts. (Ziehen des Gleichgewichts) : $ \ K \cdot [C]^c \cdot [D]^d = [A]^a \cdot [B]^b $ mit $ K \uparrow $

Konzentrationsänderungen die eine Verringerung der Edukte bewirken erleichtern exergonische Reaktionen (also Reaktionen, die spontan ablaufen). Diese Reaktionen sind sehr bedeutetend, da sie meistens als Nachweisreaktionen dienen. 

Beispiel

Nachfolgend sehen Sie ein Beispiel zu einer Reaktion, bei der eine Konzentrationsenkung der Produkte erfolgt:

$ Na_2 CO_3 + BaCl_2 \rightleftharpoons 2 NaCl + BaCO_3 \downarrow $ 

Diese Reaktion dient zum Nachweis von $ CO_3^{2-} $ = Carbonat. 
Lückentext
Die Sätze sind um die Wörter links oder rechts zu ergänzen.
Konzentrationsenkung der Edukte $\rightarrow $ Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach .

Konzentrationserhöhung der Produkte $\rightarrow $ Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach .
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