Das Chemische Gleichgewicht

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1 Prof. Dr. Norbert Ham 1/6 14. Chemisches Gleichgewicht Das Chemische Gleichgewicht Chemische eaktionen, d.h. die Saltung und Neubildung von chemischen indungen, verlaufen immer so, dass sie sich einem Gleichgewicht von Edukten und Produkten annhern und dieser Gleichgewichtszustand stationr ist. Wir wollen die Lage des Gleichgewichtszustandes ableiten und analysieren, wie die Lage des Gleichgewichts von externen Parametern wie Druck und Temeratur abhngt. Im einfachsten Fall handelt es ich um eine eaktion Å Wir dråcken die bnahme von und die stchiometrische Zunahme von durch die eaktionslaufzahl aus. Die Freie Enthalie des Systems lsst sich in bhngigkeit vom chemischen Potential darstellen: dn då bzw. dn då dg dn É dn ( då) É då dg då, T : Die eaktion wird also dem Gleichgewicht, gekennzeichnet durch G, zustreben.

2 Prof. Dr. Norbert Ham 2/6 14. Chemisches Gleichgewicht Gleichgewichtsreaktion Idealer Gase Die Druckabhngigkeit des chemischen Potentials eines Idealen Gases ist uns bereits bekannt. Daraus folgt: G É T ln G É T ln T ln FÅhren wir die Gleichgewichtskonstante K ln K ein, so folgt: G T Dies lsst sich wie folgt interretieren: 1. Die Freie eaktionsenthalie ndert sich linear mit Verschiebung der Konzentration an nach. (Chemische indungen) 2. Die beiden eaktanten mischen sich, dabei wird Mischungsenthalie frei. (Entroie) 3. Die Éberlagerung beider Prozesse ergibt die Lage des Gleichgewichts. (Prinziiell nicht reines bzw. reines mglich)

3 Prof. Dr. Norbert Ham 3/6 14. Chemisches Gleichgewicht Lage des Gleichgewichts hngt ab von eaktionsenthalie und Mischungsentroie ÅG Å G , , Å M G ,

4 Prof. Dr. Norbert Ham 4/6 14. Chemisches Gleichgewicht Die eaktionslaufzahl lsst sich auch får allgemeine eaktionen mit unterschiedlichen stchiometrischen Koeffizienten formulieren. Es gilt: dn Ö då FÅr eine eaktion É 2 Ü 3C É D ergibt sich: dn ; dn ; dn ; dn C D Die Gleichgewichtslage ergibt sich aus: G á FÅr reale Lsungen bzw. reale Gase verwenden wir die ktivitten a bzw. Fugazitten f. Der eaktionsquotient Q (gilt auch im Nichtgleichgewicht) bzw. die Gleichgewichtskonstante K (= eaktionsquotient im Gleichgewichtszustand) ergibt sich damit zu: Vorzeichen Konvention: Edukte - negativ, Produkte - ositiv Die Gleichgewichtskonstante K kann bezogen werden auf die MolenbrÅche (K x ), die PartialdrÅcke (K ) oder Konzentrationen (K c ), die sich ineinander umrechnen lassen. (FÅr die Umrechnung: a É x ) ä Q a K a à ä â GG

5 Prof. Dr. Norbert Ham 5/6 14. Chemisches Gleichgewicht bhngigkeit der Gleichgewichtslage vom Druck Die Gleichgewichtskonstante K ist nicht vom Druck abhngig, allerdings ist es die Zusammensetzung der eaktionsmischung (får Gase gilt: = x Å). K ã ä ç å é ê ã è å ç é ê è K x bhngigkeit der Gleichgewichtslage von der Temeratur us der bereits abgeleiteten Formel ln K G T folgt bei der bleitung nach der Temeratur: d ln K ã é d ç ê å T è H bzw d ln. K dt 2 1 T (Vant Hoffsche eaktionsisochore) H

6 Prof. Dr. Norbert Ham 6/6 14. Chemisches Gleichgewicht Erklrung der Gleichgewichtslage chemischer eaktionen mit Hilfe der Quantenmechanik und statistischen Thermodynamik (Vorgriff) 2 ÖEnergieleiternÜ, eine sezifisch får und eine sezifisch får 1 oltzmannverteilung (daraus lassen sich Temeratur- und Druckabhngigkeit der Gleichgewichtskonstanten ableiten)