EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Konzentrationsveränderung – Druckveränderung – Temperaturveränderung – Katalysator 4.3 Die Beeinflussung der Gleichgewichtslage 96 96 Das Gleichgewicht lässt sich dadurch beeinflussen, dass man es einem äußeren Zwang (dh. Änderung der Reaktionsbedingungen) unterwirft. Das System ver- sucht diesem äußeren Zwang auszuweichen. Der französische Chemiker Hen- ry Louis Le Chatelier (1850–1936) hat diesen Zusammenhang als „Prinzip der Flucht vor dem Zwang“ formuliert. Konzentrationsveränderung Jede Konzentrationsveränderung bei einem der beteiligten Stoffe stört das Gleichgewicht. Daher fügt man einen Rohstoff oft im Überschuss zu, damit der andere eventuell seltene oder teurere Rohstoff möglichst vollständig reagiert (Abb. 96–1). Eine Möglichkeit, die Ausbeute zu erhöhen, ist die Entfernung des Produktes aus dem Reaktionsgefäß. Dadurch wird das Gleichgewicht gestört. Es stellt sich neu ein, indem sich wieder neues Produkt bildet. Die Gleichgewichtskonstante ändert sich nicht. ⇒ Zugabe von Edukten und Entfernen von Produkten erhöht die Ausbeute ei- ner Reaktion. Druckveränderung Eine geringere Gasteilchenzahl benötigt ein geringeres Volumen (Gesetz von Avogadro Seite 76). Wird bei einer Reaktion die Gasteilchenzahl verringert, so bewirkt eine Druckerhöhung daher eine Verschiebung des Gleichgewichtes zu den Produkten. Durch Druckveränderung wird die Gleichgewichtskonstante nicht verändert, sondern nur das Konzentrationsverhältnis der Stoffe im Gleich- gewicht (Abb. 96–2). ⇒ Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite mit der geringe- ren Gasteilchenanzahl. Temperaturveränderung Eine Änderung der Temperatur führt zu einer Änderung der Gleichgewichtskons- tanten. Dies bedeutet für exotherme Reaktionen, bei denen ja Wärme frei wird, dass bei Temperaturerhöhung das Gleichgewicht zu den Edukten verschoben wird. Bei endothermen Reaktionen bewirkt Temperaturerhöhung eine Verschie- bung zu den Produkten. ⇒ Temperaturerhöhung verschiebt das Gleichgewicht in die endotherme Rich- tung. Eine besondere Herausforderungen stellen Reaktionen dar, die nur schwach exotherm mit hoher Aktivierungsenthapie sind. In diesen Fällen muss man einen Kompromiss zwischen Gleichgewichtslage und Reaktionsgeschwindigkeit schließen. Bei hoher Temperatur wäre die Reaktion rasch genug, die Gleichgewichtslage ist aber ungünstig (Abb. 96–3). Bei tiefer Temperatur ist die Gleichgewichtslage günstig, die Reaktion aber zu langsam. Zur Beschleunigung dieser Reaktion wird ein Katalysator eingesetzt. Katalysator Katalysatoren senken die Aktivierungsenthalpie und beschleunigen daher die Reaktion. Sie wirken aber auf die Rückreaktion gleichermaßen beschleunigend wie auf die eigentlich gewünschte Hinreaktion. Ein Katalysator kann daher die Gleichgewichtslage nicht verändern. Durch Katalysatoren stellt sich ein Gleich- gewicht nur rascher ein. ⇒ Der Katalysator beeinflusst die Gleichgewichtslage nicht. Er wird aber bei exothermen Reaktionen eingesetzt, um eine Gleichgewichtseinstellung bei möglichst niedrigeren Temperaturen zu erreichen. Abb. 096–1: Konzentrationsabhängigkeit des Gleichgewichtes ganzes Volumen 6 Gasteilchen halbes Volumen 3 Gasteilchen dh. 6 Teilchen/Volumen Druck anwenden E P Zufuhr von Edukten Entfernung von Produkten Neueinstellung des Gleichgewichtes Einstellung des Gleichgewichtes Neueinstellung des Gleichgewichtes Reaktion (K = 2) Reaktion (K = 2) Reaktion (K = 2) Abb. 096–2: Druckabhängigkeit des Gleichgewichtes Abb. 096–3: Abhängigkeit der Gleichgewichts- konstanten von ∆H R Temperatur Gleichgewichtskonstante exotherm endotherm Nur zu Prüfzwecken – Eigentum es Verlags öbv