(1,544mol / l) 0,228mol / l 0,228mol / l

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1 4 Ds hemishe Gleihgewiht Beispiel : Bilung un Zerfll von Iowsserstoff, HI, ei 490 C Bringt mn in ein Rektionsgefäß mol H un mol I, so ilen sih ei 490 C nur,544 mol HI im Gemish mit 0,8 mol H un 0,8 mol I, ie niht miteinner weiterregieren. Bringt mn gegen in s Rektionsgefäß mol HI, so erfolgt ein Zerfll von HI-Molekülen in H - un I -Moleküle. Auh iese Rektion verläuft niht vollstänig. Bei 490 C zerfllen nur solnge HI-Moleküle is im Rektionsgefäß wieerum ein Gemish von 0,8 mol H, 0,8 mol I un,594 mol HI vorliegt. Es ilet sih lso ei eien Versuhen ein Gemish von HI, I un H mit er gleihen Zusmmensetzung. Zwishen I un H einerseits un HI nerseits ht sih ein hemishes Gleihgewiht geilet. Dieser Gleihgewihtszustn ist kein Ruhezustn. Nur mkroskopish sin keine Veränerungen festzustellen. Ttsählih erfolgt im Gleihgewihtszustn uern Zerfll un Bilung von HI-Teilhen (s hemishe Gleihgewiht ist ynmish). Ds Auftreten eines Gleihgewihts wir ei er Formulierung von Rektionsgleihungen urh einen Doppelpfeil wieergegeen, wourh Hin- (Bilung von HI) un Rükrektion (Zerfll von HI) symolisiert weren. H + I HI Bei vielen hemishen Rektionen sin llerings im Gleihgewiht üerwiegen omponenten einer Seite vorhnen. Mn sgt nn, ss s Gleihgewiht gnz uf einer Seite liegt. nllgsrektion H + O H O Ds Gleihgewiht ei er nllgsrektion liegt gnz uf er rehten Seite,. h. im Gleihgewihtszustn sin prktish nur H O-Moleküle vorhnen. Ds Mssenwirkungsgesetz (MWG) Mit em MWG wir ie Lge eines hemishen Gleihgewihts eshrieen. Es lutet für ie Gleihgewihtsrektion H + I HI (HI) (H ) (I ) (HI), (I ) un (H ) sin ie Stoffmengenkonzentrtionen von HI, I un H im Gleihgewihtszustn. Eine große onzentrtion eeutet eine große Teilhenzhl pro Volumen. wir Gleihgewihtskonstnte oer Mssenwirkungskonstnte gennnt. Sie ist efiniert ls Proukt er onzentrtionen er Enstoffe iviiert urh s Proukt er onzentrtionen er Ausgngsstoffe. Die Gleihgewihtskonstnte hängt nur von er Tempertur. Für ie HI-Bilung erhält mn en Wert für ei 490 C us en ngegeenen Gleihgewihtskonzentrtionen (Volumen es Rektionsgefäßes l). (,544mol / l) 0,8mol / l 0,8mol / l 45,9

2 Es git elieig viele omintionen er H -, I un HI-onzentrtionen, für ie s MWG erfüllt ist. Lässt mn z. B. mol I mit 0,5 mol H in einem l-rektionsgefäß regieren, nn sin ei 490 C im Gleihgewihtszustn 0,90 mol HI, 0,55 mol I un 0,005 mol H neeneinner vorhnen. (0,990mol / l) 0,55mol / l 0,05mol / l 45,9 Für ie llgemeine Rektionsgleihung A + B C + D lutet s MWG (C) (D) (A) (B) Die stöhiometrishen Zhlen,, un treten ls Exponenten er onzentrtionen uf. Die Gleihgewihtskonstnten vershieener hemisher Rektionen können sehr untershielihe Werte hen: ) Ist >>, läuft ie Rektion nhezu vollstänig in Rihtung er Enproukte. ) Ist, liegen im Gleihgewihtszustn lle Rektionsteilnehmer in vergleihr großen onzentrtionen vor (Beispiel HI-Bilung). ) Wenn << ist, läuft ie Rektion prktish niht. Im Gleihgewihtszustn sin gnz üerwiegen ie Ausgngsproukte vorhnen. Für Gsrektionen ist es zwekmäßig, s MWG in er Form p (C) p (D) p (A) p (B) p zu shreien p(c), p(d) p(a) un p(b) sin ie Prtilrüke (vergl. S. 49) von C, D, A un B im Gleihgewihtszustn. Der Zusmmenhng zwishen en Gleihgewihtskonstnten un p lutet: p (RT) (+ ) Homogene Gleihgewihte sin Gleihgewihte, ei enen lle Stoffe, ie n er Rektion teilnehmen, in erselen Phse vorhnen sin. Heterogene Gleihgewihte sin Gleihgewihte, n enen mehrere Phsen eteiligt sin.

3 Beispiele: ) feste un gsförmige Phse lkrennen CCO (s) CO (s) + CO (g) p p (CO ) ) flüssige un feste Phse shwerlöslihes AgCl in H O AgCl (s) Ag + (q) + Cl - (q) (Ag + ) (Cl - ) Die Gegenwrt fester Stoffe wie CCO, CO, AgCl ist zwr für en Aluf er Rektion notwenig, er es ist gleihgültig, in welher Menge sie ei er Rektion vorliegen. Sie hen keine veränerlihen onzentrtionen, es treten her im MWG für feste reine Phsen keine onzentrtionsglieer uf. Aktivität Bei Anwenung es MWG uf Ionengleihgewihte in wässrigen Lösungen rf nur ei ielen Lösungen (keine interionishen Wehselwirkungen) ie Ionenkonzentrtion in s MWG eingesetzt weren, ei konzentrierten Lösungen ist ie Aktivität (wirksme onzentrtion) zu verwenen. Mn erhält ie Aktivität urh Multipliktion er Stoffmengenkonzentrtion mit em Aktivitätskoeffizienten f, urh en ie Wehselwirkungskungskräfte zwishen en Ionen erüksihtigt weren. f (f Werte von 0 is, iele Lösung f ) Mit zunehmener Gesmtionenkonzentrtion (Ionenstärke) wir f kleiner. Bei Ionenkonzentrtionen 0 - mol/l knn näherungsweise gleih gesetzt weren. Nur sehr verünnte Lösungen sin iele Lösungen in enen ie Ionen soweit voneinner entfernt sin, ss keine Wehselwirkungen zwishen ihnen uftreten. In nihtielen Lösungen sin Wehselwirkungskräfte vorhnen, ie z. B. ie Wnerung er Ionen im elektrishen Fel ehinern un zu einer Verringerung er Leitfähigkeit führen. MWG für nihtiele Lösungen: (C) (A) f (D) (C) f (B) f (A) f (D) (B) thermoynmishe Gleihgewihtskonstnte Gleihgewiht un freie Rektionsenthlpie Die freie Rektionsenthlpie ΔG un ie Gleihgewihtskonstnte sin üer folgene Beziehung verknüpft: ΔG -RTln

4 Je negtiver ie freie Rektionsenthlpie ist, um so größer ist ie Gleihgewihtskonstnte,.h. um so eutliher liegt s hemishe Gleihgewiht uf er Seite er Enproukte. Vershieung er Gleihgewihtslge, Prinzipien von Le Chtelier Die Gleihgewihtslge hemisher Rektionen knn urh ie Änerung folgener Größen eeinflusst weren: ) Änerung er onzentrtionen zw. er Prtilrüke er Eukte zw. er Proukte, ) Änerung er Rektionstempertur, ) Änerung es Gesmtruks. ) onzentrtionsänerungen Oxition von SO zu SO mit Luftsuerstoff (vergl. Ashnitt ) SO + O SO MWG: (SO ) (SO ) (O ) oer umgeformt (SO) (O ) () (SO ) Wenn mn ie onzentrtion von Suerstoff erhöht, muss sih, wie Gleihung () zeigt, ss onzentrtionsverhältnis (SO ) / (SO ) im Gleihgewiht eenflls erhöhen. Mn knn lso eine Vershieung es Gleihgewihts in Rihtung uf s erwünshte Rektionsproukt SO (erhöhter - fst vollstäniger - Umstz es wertvollen SO ) urh einen O -Üershuss erreihen. Durh ie fortwährene Entfernung eines Prouktes knn eine Gleihgewihtsrektion zum vollstänigen Aluf gerht weren. Zum Beispiel knn ie Umwnlung von CCO (s) zu CO (s) (lkrennen, vergl. Ashnitt 5) ei erhöhter Tempertur vollstänig urhgeführt weren, wenn s entstehene CO -Gs lufen entfernt wir: CCO (s) CO (s) + CO (g) p p (CO ) ) Änerung er Rektionstempertur Die Beeinflussung er Gleihgewihtslge urh ie Tempertur erfolgt üer ie Temperturhängigkeit er Gleihgewihtskonstnten. Fustregel: Temperturerhöhung führt ei einer exothermen hemishen Rektion zu einer Vershieung es Gleihgewihts in Rihtung er Ausgngsstoffe, ei enothermen Rektionen in Rihtung er Enproukte. Ammonik-Synthese (vergl. Ashnitt )

5 N (g) + H NH (g) ΔH - 9,4 kj/mol T [ C] (NH ) (N ) (H ) 00 9, , , ,04 Eine Temperturerhöhung ist für eine große NH -Auseute ungünstig, kleiner wir. Durh eine T-Erhöhung wir ie Rükrektion (er Zerfll von NH, enotherme Rektion) egünstigt. Die Dimerisierung von Stikstoffioxi, NO, zu Distikstofftetroxi, N O 4, ist eine exotherme Rektion: NO (g) N O 4 (g) ΔH - 57 kj/mol run frlos Bei T-Ernierigung wnelt sih runes NO in frloses N O 4 um. ) Änerung es Gesmtruks Allgemein gilt: Bei Rektionen mit Stoffmengenänerung er gsförmigen omponenten vershiet sih urh Drukerhöhung s Gleihgewiht in Rihtung er Seite mit er kleineren Stoffmenge. NH -Synthese (s. oen) Bei er NH -Synthese entstehen us 4 mol gsförmige Eukte mol gsförmige Proukte. Bei Drukerhöhung vershiet sih s Gleihgewiht in Rihtung er NH -Bilung (NH -Synthese uh ls Hohruksynthese ezeihnet), s Volumen er gsförmigen Proukte kleiner ist, ls s Volumen er gsförmigen Eukte. Ds System weiht er Drukerhöhung urh us, ss sih s Gleihgewiht nh rehts vershiet, wourh ie Gesmtzhl von Teilhen im Rektionsrum un mit er Druk verminert wir.