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3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Massenwirkungsgesetz.

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Präsentation zum Thema: "3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Massenwirkungsgesetz."—  Präsentation transkript:

1 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Massenwirkungsgesetz

2 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier

3 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Die Gleichgewichtslage chemischer Reaktionen kann durch Änderung der folgenden Größen beeinflußt werden:

4 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Die Gleichgewichtslage chemischer Reaktionen kann durch Änderung der folgenden Größen beeinflußt werden: + c oder p (Partialdrücke) der Reaktionsteilnehmer

5 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Die Gleichgewichtslage chemischer Reaktionen kann durch Änderung der folgenden Größen beeinflußt werden: + c oder p (Partialdrücke) der Reaktionsteilnehmer + Temperatur

6 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Die Gleichgewichtslage chemischer Reaktionen kann durch Änderung der folgenden Größen beeinflußt werden: + c oder p (Partialdrücke) der Reaktionsteilnehmer + Temperatur + p (Gesamtdruck), wenn sich die Gesamtstoffmenge der gasförmigen Reaktionsteilnehmer ändert.

7 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel : SO 2 + 0,5 O 2 SO 3

8 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel : SO 2 + 0,5 O 2 SO 3

9 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel : SO 2 + 0,5 O 2 SO 3

10 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel : SO 2 + 0,5 O 2 SO 3 Eine GG-Verschiebung in Richtumg des gewünschten Reaktions- produktes läßt sich also z.B. durch eine Erhöhung der Sauerstoffkon- zentration erreichen.

11 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Die Temperatur- und Druckabhängigkeit der Gleichgewichtslage wird qualitativ durch das Le Chateliersche Prinzip beschrieben:

12 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Die Temperatur- und Druckabhängigkeit der Gleichgewichtslage wird qualitativ durch das Le Chateliersche Prinzip beschrieben:

13 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel

14 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel Temperaturerhöhung = Zwang

15 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel Temperaturerhöhung = Zwang Nach Le Chatelier wird diesem Zwang durch die Rückreaktion entgegengewirkt.

16 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel Temperaturerhöhung = Zwang Nach Le Chatelier wird diesem Zwang durch die Rückreaktion entgegengewirkt.  Verschiebung der GG-Lage in Richtung Edukte.

17 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel

18 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel Temperaturerhöhung = Zwang

19 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel Temperaturerhöhung = Zwang Nach Le Chatelier wird diesem Zwang durch die Hinreaktion entgegengewirkt.

20 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Beispiel Temperaturerhöhung = Zwang Nach Le Chatelier wird diesem Zwang durch die Hinreaktion entgegengewirkt.  Verschiebung der GG-Lage in Richtung Produkte.

21 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier

22 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p :

23 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p : oder, bei Annahme von teperaturunabhängiger Enthalpie  H°

24 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperatur- abhängigkeit von K p endotherme Reaktion

25 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperatur- abhängigkeit von K p exotherme Reaktion

26 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p

27 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p bei 300 K gilt für K p :

28 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p bei 1000 K gilt für K p :

29 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p bei 1000 K gilt für K p :

30 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p bei 1000 K gilt für K p :

31 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitave Temperaturabhängigkeit von K p

32 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Abhängigkeit der Gleichgewichtslage von der Gesamtmolzahl

33 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Abhängigkeit der Gleichgewichtslage von der Gesamtmolzahl

34 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Abhängigkeit der Gleichgewichtslage von der Gesamtmolzahl

35 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage

36 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage bei 700 °C:

37 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage bei 700 °C: Die GG-Partialdrücke p CO und p CO 2 in Abhängigkeit vom Gesamtdruck:

38 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage bei 700 °C:

39 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage bei 700 °C:

40 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage bei 700 °C:

41 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier Quantitativer Einfluß der Druckänderung auf die GG-Lage bei 700 °C:

42 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier

43 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Das Prinzip von Le Chatelier

44 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

45 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Bestimmte Vorgänge laufen freiwillig nur in einer Richtung ab:

46 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Bestimmte Vorgänge laufen freiwillig nur in einer Richtung ab: - Wärmeübertragung

47 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Bestimmte Vorgänge laufen freiwillig nur in einer Richtung ab: - Wärmeübertragung - Gasvermischung

48 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Bestimmte Vorgänge laufen freiwillig nur in einer Richtung ab: - Wärmeübertragung - Gasvermischung Solche Vorgänge sind irreversible Prozesse

49 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Bestimmte Vorgänge laufen freiwillig nur in einer Richtung ab: - Wärmeübertragung - Gasvermischung Solche Vorgänge sind irreversible Prozesse. Bei irreversiblen Prozessen nimmt der Ordnungsgrad ab.

50 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Bestimmte Vorgänge laufen freiwillig nur in einer Richtung ab: - Wärmeübertragung - Gasvermischung Solche Vorgänge sind irreversible Prozesse. Bei irreversiblen Prozessen nimmt der Ordnungsgrad ab. Der Ordnungsgrad eines Stoffes oder Systems wird durch die Zustands- größe der Entropie S bestimmt.

51 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie In

52 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie In Im Gegensatz zur Enthalpie H können für die Entropie S Absolutwerte berechnet werden, denn gemäß 3. Hauptsatz der Thermodynamik gilt:

53 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie In Im Gegensatz zur Enthalpie H können für die Entropie S Absolutwerte berechnet werden, denn gemäß 3. Hauptsatz der Thermodynamik gilt:

54 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

55 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

56 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

57 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

58 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

59 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

60 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

61 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

62 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie

63 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Beispiele

64 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Beispiele

65 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Beispiele

66 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Beispiele

67 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Beispiele

68 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Entropie Wird bei einer chemischen Reaktion die Reaktionswärme  H bei der Temperatur T an die Umgebung abgegeben (  H negativ), so nimmt die Entropie der Umgebung um den Betrag zu.

69 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Reaktionsenthalpie Die Gleichgewichtslage einer chemischen Reaktion hängt sowohl von der Reaktionsenthalpie  H als auch von der Reaktionsentropie  S ab.

70 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Reaktionsenthalpie Die Gleichgewichtslage einer chemischen Reaktion hängt sowohl von der Reaktionsenthalpie  H als auch von der Reaktionsentropie  S ab. Eine neue Zustandsfunktion,  G, verknüpft Enthalpie und Entropie:

71 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Reaktionsenthalpie Die Gleichgewichtslage einer chemischen Reaktion hängt sowohl von der Reaktionsenthalpie  H als auch von der Reaktionsentropie  S ab. Eine neue Zustandsfunktion,  G, verknüpft Enthalpie und Entropie: Liegen alle Reaktionsteilnehmer im Standardzustand vor, gilt:

72 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Reaktionsenthalpie Gewinnt man bei einem chemischen Prozeß Arbeit, so kann bei isotherm (T = konst.) und isobar (p = konst.) ablaufenden chemischen Reaktionen ihr Betrag maximal  G sein.

73 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Reaktionsenthalpie Gewinnt man bei einem chemischen Prozeß Arbeit, so kann bei isotherm (T = konst.) und isobar (p = konst.) ablaufenden chemischen Reaktionen ihr Betrag maximal  G sein. Für elektrochemische Reaktionen folgt für die maximale Arbeit:  G = zF  E°  E ist die elektromotorische Kraft (EMK)

74 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Reaktionsenthalpie Gewinnt man bei einem chemischen Prozeß Arbeit, so kann bei isotherm (T = konst.) und isobar (p = konst.) ablaufenden chemischen Reaktionen ihr Betrag maximal  G sein. Für elektrochemische Reaktionen folgt für die maximale Arbeit:  G = zF  E°  E ist die elektromotorische Kraft (EMK) Wie für die Enthalpie sind auvch Absolutwerte für die freie Enthalpie nicht meßbar. Daher werden die freien Enthalpien der Elemente in ihren Standardzuständen null gesetzt.

75 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

76 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

77 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

78 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Beispiel

79 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Bei isotherm und isobar ablaufenden chemischen Reaktionen führt der Austausch der Reaktionsenthalpie zu einer Entropieänderung der Umgebung um.

80 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Bei isotherm und isobar ablaufenden chemischen Reaktionen führt der Austausch der Reaktionsenthalpie zu einer Entropieänderung der Umgebung um. Für die Entropie des Gesamtsystems gilt:

81 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Für die Entropie des Gesamtsystems gilt:

82 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Für die Entropie des Gesamtsystems gilt:

83 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

84 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Mit Hilfe dieser GG-Bedingung läßt sich eine Beziehung zwischen K p und  G° ableiten:

85 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Mit Hilfe dieser GG-Bedingung läßt sich eine Beziehung zwischen K p und  G° ableiten:

86 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Bei isothermer Expansion oder Kompression eines idealen Gases gilt:

87 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

88 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

89 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

90 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

91 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Da  G° nur von der Temperatur abhängt, folgt aus dem MWG

92 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Da  G° nur von der Temperatur abhängt, folgt aus dem MWG und

93 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Da  G° nur von der Temperatur abhängt, folgt aus dem MWG und Hieraus folgt mit

94 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Für Reaktionen in Lösungen gilt entsprechend:

95 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Für elektrochemische Reaktionen gilt entsprechend:

96 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie Beispiel

97 3 Die chemische Reaktion 3.5 Das chemische Gleichgewicht Freie Standardbildungsenthalpie

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