Big Bang HTL 2, Schulbuch

76 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Bei Zeitpunkt 0 hat die Geschwindigkeit der Hinreaktion v Hin einen bestimmten Anfangswert, der mit der Zeit immer kleiner wird, weil ja mit Fortdauer der Reaktion auch die Konzentration der Stoffe A und B kleiner wird (Diese wan- deln sich ja in C und D um). Bei Zeitpunkt 0 hat die Geschwindigkeit der Rückreaktion v Rück den Wert 0, weil es ja noch keine Stoffe C und D gibt, die miteinander reagieren könnten. Da mit der Zeit immer mehr an C und D gebildet wird, steigt dieser Wert mit Fort- dauer der Reaktion an. Irgendwann im Laufe der Zeit erreichen beide Geschwindig- keiten den gleichen Wert. Und das ist der entscheidende Punkt: Ab hier gilt: Die Reaktion befindet sich im chem. Gleichgewicht. Die Geschwindigkeiten der Hin- und Rück- reaktion sind gleich groß. Es werden pro Zeiteinheit genau- so viel C und D gebildet, wie A und B gebildet werden. Von außen merkt man also nicht, dass die Reaktion im Grunde „ewig“ weiterläuft. ( F30 ) Und jetzt mathematisch: Ab dem Zeitpunkt des chem. Gleichgewichts gilt: v Hin = v Rück Daher kann man die Geschwindigkeitsgleichungen dieser beiden Reaktionen mathematisch gleichsetzen. k Hin · c (A) · c (B) = k Rück · c (C) · c (D) Zwei Konstanten in einer Gleichung kann man zu einer Kon- stante zusammenfassen, gleichzeitig bringt man die Kon- zentrationen auf die andere Seite: K = ​ c (C) · c (D) ________ c (A) · c (B) ​ K … Gleichgewichtskonstante Diese zentrale Gleichung der Chemie heißt Massenwir- kungsgesetz. Wenn man die Reaktionsgleichung einer che- mischen Reaktion kennt, kann man für jede Reaktion das Massenwirkungsgesetz angeben. Für die Knallgasreaktion (H 2 und O 2 zu H 2 O) würde es z. B. lauten: Gleichung: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O MWG: K = ​ c 2 (H 2 O) __________ c 2 (H 2 ) · c (O 2 ) ​ Abb. 5.13: Zeitlicher Ablauf einer Reaktion, bei der das chemische Gleichgewicht erreicht wird. Die Hochzahlen ergeben sich aus der Gleichung: sie ent- sprechen den Koeffizienten, die vor den Formeln stehen: 2 H 2 O ergibt im Massenwirkungsgesetz c 2 (H 2 O) Die Gleichgewichtskonstante kann nun verschiedene Werte annehmen: K >> 1: Großer Wert für K , Konzentration der Endstoffe sehr groß, Reaktion läuft fast vollständig ab. Man sagt auch „Das Gleichgewicht liegt auf der Seite der Produkte“ K = 1: Konzentration der Produkte gleich der Edukte K << 1: Kleiner Wert für K , Konzentration der Endstoffe sehr gering, Reaktion läuft fast nicht ab. Als Chemiker ist man natürlich froh, wenn man es mit Reak- tionen zu tun hat, die große Werte für K besitzen. Schließlich will man ja meistens auch etwas herstellen und dann ge- winnbringend verkaufen. Zusammenfassung Wenn bei einer chemischen Reaktion die Geschwindigkeiten der Hinreaktion und der Rückreaktion gleich groß sind, dann befindet sie sich im chemischen Gleichgewicht. Die Gleichgewichtslage erkennt man aus dem Wert für K ( Gleichgewichtskonstante ), die sich aus dem Massenwir- kungsgesetz errechnet. K = ​ c (C) · c (D) ________ c (A) · c (B) ​ Großer Wert für K : Reaktion läuft fast vollständig ab, kleiner Wert für K : Reaktion läuft unvollständig ab. 5.8 Wir lassen uns nicht unterkriegen Beeinflussung der Gleichgewichtslage Manche Reaktionen haben von sich aus ein ungünstiges K , sprich eine kleine Gleichgewichtskonstante. Man bekommt bei der Reaktion also wenig Produkt heraus. Wir wären aber keine Chemiker, wenn wir uns von diesem Umstand abhal- ten lassen würden. Im Gegenteil, wir haben Möglichkeiten gefunden, dieses verflixte K zu beeinflussen. Darum geht es in diesem Kapitel. Z Das chemische Gleichgewicht Stelle das Massenwirkungsgesetz für die Reaktion von Wasserstoffgas mit Chlorgas zu Chlorwasserstoff- gas HCl auf. L Der Wert K für eine Reaktion lautet: 4,3 × 10 –9 . Was bedeutet das für die Reaktion? L 5.7 F32 A2 F33 A1 Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv