5.1 Reaktionsgeschwindigkeit 

               Index ACH 

5.3  Gleichgewichtsreaktionen; Massenwirkungsgesetz

Während heterogene Reaktionen zumeist in einer Richtung auf die Reaktionsprodukte hin ablaufen, stellt sich bei homogenen Reaktionen ein Gleichgewichtszustand zwischen Edukten und Produkten ein. Die Lage (Konzentration der Stoffe) dieses Gleichgewichts ist abhängig von den Beträgen Ea und Ee (vgl. oben). Das Stoffsystem ist bestrebt, den energetisch niedrigsten Gesamtzustand einzustellen (Prinzip von LeChatelier).

Im Gleichgewichtszustand einer Reaktion ist das Verhältnis der Konzentrationen der Edukte zu denen der Produkte unverändert (konstant), unabhängig von den eingesetzten Mengen.

Für die Reaktion                                    H2 + I2 2 HI ist

=* c(H2) * c(I2) (Hinreaktion)        und     =* c2(HI) (Rückreaktion).

Nach einer genügend langen Zeit ist = (Gleichgewicht)  ----> Film mit 200 kB/s

Im Gleichgewicht gilt       * c(H2) * c(I2) = * c2(HI)       und

                   c2(HI)
¾¾ = Kc = ¾¾¾¾¾¾   =  54,8        bei 425 oC
               c(H2)*c(I2)

allgemein:         (Massenwirkungsgesetz):

          c(M) * c(N) *...                    p(M) * p(N) *...
Kc = ¾¾¾¾¾¾   oder  Kp = ¾¾¾¾¾¾
          c(A) * c(B) *...                    p(A) * p(B) *...

Kc und Kp sind die Gleichgewichtskonstanten der Reaktion

A + B + ... M + N + ...

Merke: Die Konzentrationen der Reaktionsprodukte stehen im Zähler.

Gleichgewichtskonstanten:

Reaktion K bei T in K
H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)

                  c2(HI)
      Kc = ¾¾¾¾¾        =    54,8
                c(H2) * c(I2)

698
CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g)

                   c(COCl2)   
       Kc= ¾¾¾¾¾¾     =  4,57*109L/mol
                c(CO) * c(Cl2)

373
N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g)

                     c2(NO)
       Kc¾¾¾¾¾       =   4,08*10-4
              c(N2) * c(O2)

2273

N2 (g) + 3 H2(g)2 NH3 (g)

zum Download: Gepacktes DOS-Spiel des 
Fonds der Chemischen Industrie:
 "Ammoniaksynthese"

                  p2(NH3)
       Kp= ¾¾¾¾¾¾     =      0,004bar-2
               p(N2) * p3(H2)
                                                (1,46  10-9 kPa-2)

zum Vergleich:   Kc =        9,6 L2/mol2      
0,50 L2/mol2     
0,060 L2/mol2   
   0,014 L2/mol2    

 

 

773

573
673
773
873

Gleichgewichtskonstanten können berechnet werden durch ...

Über das Gasgesetz p = (n/V)*R*T mit R = 8,3151 kPa*L K-1mol-1 lassen sich die Gleichgewichtskonstanten Kc und Kp ineinander überführen. Ist die Molekülzahl der Edukte gleich der Molekülzahl der Produkte, so ist  Kc = Kp (Näheres siehe Lehrbuch).

 

5.4  Katalyse von Reaktionen

Ein Katalysator ist eine Substanz, die die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht ohne selbst durch die Reaktion verbraucht zu werden.

Ein Katalysator verändert

Er verändert nicht

Katalyse verläuft zumeist an der Oberfläche des Katalysators (heterogene oder Oberflächenkatalyse).

In homogener Katalyse greifen die Katalysatoren direkt in den Reaktionsmechanismus ein wie z.B. die Lewis-Säuren BF3 oder AlCl3 (s.u.).

Katalysatorgifte

Substanzen, die die aktive Oberfläche des Katalysators verändern oder irreversibel mit homogenen Katalysatoren reagieren und den Katalysator unwirksam machen, sind Katalysatorgifte.

Starke Katalysatorgifte sind z.B. 

    Ergänzende Informationen   

Hochspezifische Katalysatoren in lebenden Organismen sind die Enzyme, die in der Regel auf eine einzige Reaktion spezialisiert sind.

Drei-Wege-Katalysator:

  Beispielaufgaben  

      

    Übungen   

      

   5.3 Hauptsätze der Thermodynamik 

© Prof. Dr. M. Häberlein in FH Frankfurt a. M., Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften