Chemisches Gleichgewicht und Le Chateliers Prinzip

Reversible Reaktionen

Im Allgemeinen können wir sagen, dass alle Reaktionen reversibel sind. Die äußeren Bedingungen zum Zeitpunkt der Reaktion bestimmen jedoch, dass die Aktivierungsenergie für eine der beiden Richtungen deutlich niedriger ist als für die andere. Daher wird die Reaktionsgeschwindigkeit in eine Richtung begünstigt.

Chemisches Gleichgewicht

Chemisches Gleichgewicht ist die Situation, in der die Bildungsrate von Reaktanten und Produkten in einer chemischen Reaktion gleich ist. Die Bedingungen, die erfüllt sein müssen, bis das Gleichgewicht erreicht ist, hängen von jeder Reaktion ab.

Massenwirkungsgesetz

Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist proportional zum Produkt der aktiven Massen der Reaktionspartner.

Die Gleichgewichtskonstante

Das Produkt der Konzentrationen der Produkte, dividiert durch das Produkt der Konzentrationen der Reaktanten, jeweils potenziert mit den stöchiometrischen Koeffizienten der ausgeglichenen Reaktionsgleichung, entspricht der Gleichgewichtskonstante K_e des Systems.

• Wenn K_e < 1, wird die Bildung von Reaktanten begünstigt.
• Wenn K_e > 1, wird die Bildung von Produkten begünstigt.

Arten des chemischen Gleichgewichts

Von einem homogenen Gleichgewicht spricht man, wenn sich das Gleichgewicht so einstellt, dass alle beteiligten Verbindungen in einer einzigen Phase vorliegen. Liegt das Gleichgewicht hingegen in mehr als einer Phase vor, z. B. ein Feststoff in einer Flüssigkeit, handelt es sich um ein heterogenes Gleichgewicht.

Le Chateliers Prinzip

Ende des 19. Jahrhunderts stellte der französische Chemiker Henry Le Chatelier das folgende Prinzip für Gleichgewichtssysteme auf:

Wenn ein Gleichgewichtssystem einem äußeren Zwang unterworfen wird, verschiebt sich das Gleichgewicht so, dass die Wirkung des Zwangs teilweise aufgehoben wird.

Einfluss der Temperatur

Wie bekannt ist, ist die Gleichgewichtskonstante K_e für eine Reaktion i für eine bestimmte Temperatur gegeben. Daraus folgt, dass eine Änderung der Temperatur eine direkte Auswirkung auf K_e und damit auf das Gleichgewicht der Reaktion hat.

Einfluss des Drucks

Die Änderung des Drucks in einem System im Gleichgewicht hat nur dann eine wichtige Auswirkung, wenn eine der beteiligten Substanzen ein Gas ist, da die Änderung des Drucks auch das Volumen verändert. Eine Änderung des Volumens führt zu einer Änderung der Anzahl der Moleküle, was wiederum zu einer Änderung der Konzentration (oder des Partialdrucks) der vorhandenen Spezies führt.

Anwendungen des Prinzips von Le Chatelier

In der Industrie wird versucht, die Bedingungen zu optimieren, damit die meisten Reagenzien bestimmte Produkte bilden. Dies geschieht durch die Manipulation von Druck, Temperatur und Konzentration der beteiligten Reaktionspartner.