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Chemie für Ernährungswissenschaftler (Subject) / Das Chemische Gleichgewicht (Lesson)

Kapitel 16

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  • Systeme in Gleichgewicht sind: • DYNAMISCH (in ständiger Bewegung)• REVERSIBLE• können in beide Richtungen reagieren
  • Chemische Gleichgewicht • Nach einiger Zeit sind die Konzentrationen von Reaktanten und Produkten konstant.• Nachdem der Gleichgewichtszustand erreicht wird reagieren die vorwärts und rückwärts Reaktionen immernoch weiter.
  • ChemischesGleichgewicht -Beispiele Formation von Stalaktiten und StalagmitenCaCO3(s) + H2O(liq) + CO2(g) ↔ Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq) Bei gegebener Temperatur und geg. Druck vonCO2 können [Ca2+] und [HCO3-] durch dieGLEICHGEWICHTS KONSTANTE berechnet werden.
  • Massenwirkungsgesetz und Gleichgewichtskonstante Gleichgewicht erreicht ⌈HI⌉Produkt Konz. wird größer und bleibt dannkonstant im Gleichgewichtszustand                           ↑                          ↓⌈H2⌉⌈I2⌉Reaktant Konz. wird kleiner und bleibt dannkonstant im Gleichgewichtszustand   Zu jedem Zeitpunkt in der ReaktionH2 + I2 ↔2 HIQ = reaction quotient =   [HI]2                                             [H2][I2]im Gleichgewichtszustand:     [HI]2         [H2][I2]  = 55.3 = K              K = equilibrium constant
  • Reaktionsquotienten, Q Im allgemeinen sind ALLE reagierenden chemischenReaktionen durch einen REAKTIONSQUOTIENTEN, Q, bschrieben. a A + b B ↔ c C + d D  Q =     ⌈C⌉c⌈D⌉d           ⌈A⌉a⌈B⌉b Wenn Q = K ist, dann ist das System imGleichgewichtszustand.
  • Die GLEICHGEWICHTS KONSTANTE Für alle chemischen Gleichgewichte dieser Art gilt: a A + b B ↔ c C + d DDas Massenwirkungsgesetz zeigt dass K imGleichgewichtszustand bei einer bestimmtenTemperatur KONSTANT ist Wenn K bekannt ist, dann können wir die Konzentrationen des Produktesoder der Reaktanten voraussagen.
  • Gleichgewichtskonstante • Gleichgewichtskonstanten haben keine Einheiten weil man diethermodynamische Mengeangabe “Aktivitäten” verwendet.– Aktivitäten sind direkt proportional zur Molarität
  • Schreiben und Manipulieren von Gleichgewichtsgesetzen Festkörper und Flüssigkeiten kommen NIE in einem Gleichgewichtsgesetz vor.S(s) + O2(g) ↔ SO2(g) K =   [SO2]          [O2]
  • Die Bedeutung von K Wir können bestimmen ob eine ReaktionProdukt-bevorzugend oder Reaktantbevorzugend ist. Produkt Konz. sind viel größer als Reaktanten Konz. Im Gleichgewichtszustandist diese Reaktion sehr Produkt-bevorzugend K > 1 Die Produkt Konz. sind viel kleiner als die der Reaktanten im Gleichgewicht.Die Reaktion mit kleinem K ist sehr Reaktantbevorzugend K < 1
  • Die Bedeutung von K (2) K kommt aus der Thermodynamik.∆G˚ < 0: Reaktion ist Product-bevorzugend∆G˚ > 0: Reaktion ist Reaktant-bevorzugend Wenn K > 1, ist ∆G˚ negativWenn K < 1, ist ∆G˚ positiv ∆Go = -RT ln K
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  • Die Bedeutung von K (3) Wir können bestimmen ob eine Reaktion im Gleichgewichtszustand ist.Wenn nicht, in welche Richtung bewegt sich die Reaktion um das Gleichgewicht zu erreichen? Wenn Q = K → System ist im Gleichgewichtszustand
  • Rechenvorgang  ICE Tabelle um die GLEICHGEWICHTSKONZENTRATIONEN zu definieren. Bauen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen in die Kc Gleichung ein.  Lösen Sie die Kc Gleichung – nehmen sie die Wurzel beider Seiten.
  • Partialdrücke und die Gleichgewichtskonstante • Wenn alle beteiligten Stoffe im Gaszustand sind kann das Massenwirkungsgesetz inPartialdrücken statt Stoffmengenkonzentrationen beschrieben werden.• Für Gase ist der Druck proportional zu den Konzentration.• We can see this by looking at the ideal gas law.– PV = nRT– P = nRT/V– n/V = M– P= MRT and M = P/RT
  • GLEICHGEWICHT UND EXTERNE EFFEKTE • Temperatur, Katalysatoren, und Änderungen der Konzentrationen beeinflussen die Gleichgewichte.• Das Resultat wird durch das LE CHATELIER PRINZIP – DES KLEINSTEN ZWANGES bestimmt.• “Ein im Gleichgewicht befindliches System weicht einem Zwang (Druck, Temperatur) aus, es stellt sich ein neues Gleichgewicht ein.”
  • Henri Le Chatelier 1850-1936 Hat Bergbauindustrie und Ingenieurwesen studiert.War interessiert an Glas und Keramik.
  • GLEICHGEWICHTE UND EXTERNE EFFEKTE • Temperaturänderung → Änderung von K• Denken Sie an das Blubbern einer ColaCO2(aq) + WÄRME ↔ CO2(g) + H2O(liq)• K = P (CO2) / [CO2]• Beim Erhöhen von T. Was passiert mit dem Gleichgewicht? Mit dem Wert von K?• K steigt wenn die T steigt weil P(CO2) größer wird und [CO2] kleiner wird.• Wir Senken die T. Was passiert jetzt?• Gleichgewicht geht nach links und K wird kleiner.
  • Katalytisches Abgassystem • Beim Zugeben eines Katalysators→ keine Änderung von K• Ein Katalysator beinflusst nur die Geschwindigkeit in welcher eine Reaktion das Gleichgewicht erreicht.
  • GLEICHGEWICHTE UND EXTERNE EFFEKTE • Konzentrationsänderungen –Keine Änderung von K–Nur die Gleichgewichtsgestaltung wird verändert.
  • Haber-Bosch Verfahren für NH3 Eine Praktische Applikation von Gleichgewichten Die Lösung von Haber... Erhöhen von T um die Geschwindigkeit zu vergrößern aber die Ausbeute wird kleiner. Erhöhen des Reaktionsdrucks; nach rechts Verwenden von überflüssigem N ; nach rechts Regelmäßiges Entfernen von NH ; nach rechts Die Reaktion kommt nie zu einem Gleichgewichtszustand weil NH immer wieder entfernt wird.Das erhöht die Reaktionsausbeute und hilft mit der Kinetik
  • Le Chatelier Prinzip • Änderung der T– Änderung der K– daher, Änderung des P oder der Konzentrationen im Gleichgewicht• Gebrauch von Katalysator: Reaktion kommt schneller zum Gleichgewicht. K ändert sich nicht.• Hinzufügen oder Entfernen eines Reaktanten oder eines Produkts:– K ändert sich nicht– Reaktion stellt sich auf eine neue Gleichgewichts “Position” ein
  • Stickstoffdioxid Gleichgewicht N2O4(g) ↔ 2 NO2(g) Druckerhöhung im System durch eine Volumensminderung.In einem System mit Gasen wird sich das Gleichgewicht zu der Seite mit weniger Molekülen bewegen (um den Druck zu reduzieren).Daher geht die Reaktion nach LINKS und der NO2 Druckwird kleiner und der N2O4 Druck wird größer.
  • Stören eines Systems im Gleichgewichtszustand: Vorhersagen Die Reaktion ist im Gleichgewicht in einem geschlossenen System bei 500oC. Wie wird dasGleichgewicht durch die folgenden Faktoren beinflusst werden?N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g)   ΔHorxn = -92 kJ/mol Faktor                                                             Effekt auf Reaktiona.Reaktionstemperaturerhöhung                           ←b.Reaktionstemperaturerniedrigung                       →c.Druckerhöhung durch V Verkleinerung               →d.Erhöhung der H2 Konzentration                          →e.Erniedrigung des NH3 Konzentrat ion                 →

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