Bildschirm-Präsentationen Das Massenwirkungsgesetz Die folgende Präsentation illustriert das Teilkapitel 5.6 aus dem Buch „Chemie verstehen“ (Wawra/Dolznig/Müllner). Da die Texte teilweise übereinander gelegt sind, muss man im Power-Point auf schalten, um alle Texte und Animationen sehen zu können. Viel Vergnügen. Edgar Wawra Bildschirm-Präsentationen Es beschreibt das Verhältnis der Konzentrationen von Ausgangs- und Endprodukten einer Reaktion. Die Konzentrationen der beteiligten Stoffe müssen dabei in mol/Liter angegeben werden, das zeigt die eckige Klammer [ ]. z.B. A + B D C gibt K = oder A + B = C + D gibt K = [C] [A]x[B] [C]x[D] Das K ist die Massenwirkungskonstante, sie gibt an, wo das Gleichgewicht der Reaktion liegt. K kann niemals Null oder unendlich werden, aber alle positiven Werte dazwischen sind möglich. Man kann daraus erkennen, wie ein System reagiert, wenn die Konzentration eines der beteiligten Stoffe verändert wird. Überlegen wir uns das an einem Beispiel, an einem unchemischen Beispiel. Ist K groß, dominieren zuletzt die End-produkte, ist K klein, die Ausgangsstoffe. Das Massenwirkungsgesetzt gilt NUR für den Gleichgewichtszustand, wenn also die Reaktion (scheinbar) zu Ende ist. Gleichgewicht bedeutet: „Dynamisches Gleichgewicht“. Die Reaktion geht in beide Richtungen weiter, aber gleich schnell, sodass man von außen keine Veränderung bemerkt. Die Wahl, was Ausgangs- und was Endprodukt ist, ist willkürlich. Das muss man immer dazu angeben. Jede chemische Reaktion ist in beide Richtungen möglich, vertauscht man Ausgangs- gegen Endprodukte bekommt K den reziproken Wert. DAS MASSENWIRKUNGSGESETZ IST DIE CHEMIE !!! Nahezu alle Regeln der Chemie sind davon abgeleitet. Und wozu ist das alles gut ? ? ? ?

+ D Paare Stellen wir uns vor, wir sind in einer Diskothek: Auch hier herrscht ein dynamisches Gleichgewicht nach der Art A + B D C Es gibt hier Männer , es gibt hier Frauen , und diese verbinden sich zu Tanzpaaren, das wäre also die folgende Reaktion + D Paare + D Paare Auf der Tanzfläche vergnügen sich einige Paare. …und eine Anzahl Damen sitzt bei einem Drink beisammen und unterhält sich über … (woher soll ich wissen, worüber sich Damen untereinander unterhalten). Einige Männer stehen an der Bar (bei einem gepflegten Bier) und unterhalten sich über Fußball und Autos… Doch diese Gruppen bleiben nicht gleich, immer wieder fordert ein Herr eine Dame zum Tanz, und immer wieder trennen sich Tanzpaare und kehren zu ihrer Gruppe zurück. Wir haben zwar immer etwa gleich viele Personen in jeder Gruppe, doch die einzelnen Personen wechseln hin und her.

+ D Paare Das ist ein dynamisches Gleichgewicht und wir können eine Gleichung analog zum Massenwirkungsgesetz aufstellen, bei dem wir die Anzahl der Personen und Paare – statt der Konzentration in Mol – einsetzen. 6 Paare 5 x 6 K = K = 0,2 Es sind 5 Männer, 6 Frauen und 6 Paare, das ergibt eine Konstante K von 0,2 Zählen Sie nach und rechnen Sie es nach, wenn Sie es nicht glauben.

+ D Paare K = 0,2 Doch jetzt wird das Gleichgewicht gestört: 29 x 6 Die Militär-Kaserne in der Nachbarschaft hat Dienstschluss, eine Anzahl junger Männer – frisch geduscht und gekämmt – betritt die Disko. Damit haben wir jetzt einen deutlichen Über- schuss an Männern und unsere Gleichung stimmt nicht mehr. K = 0,2 Was wird jetzt passieren ?

+ D Paare Doch jetzt wird das Gleichgewicht erneut gestört: Im Gasthof gegenüber läuft ein Fernsehapparat. Übertragen wird die Weltmeisterschaft im Fußball, das Finale bestreiten Brasilien und Österreich (oder ist es doch Brasilien und Deutschland?) Jedenfalls strömen die fußballbegeisterten Männer – also nahezu alle – zum Fernseher, und die Damen bleiben (fast) alleine zurück. 10 Paare 25 x 2 Nun, von der größeren Anzahl an Männern werden einige die Damen zum Tanzen auffordern, es werden weniger Damen einzeln bleiben, die Anzahl der Tanzpaare wird steigen. K = Was passiert jetzt mit unserem Gleichgewicht? Damit stimmt aber unsere Gleichung wieder. Wollen Sie nachrechnen? K = 0,2 Das Gleichgewicht hat sich neu eingestellt.

K = K = 0,2 1 x 10 Und unser Gleichgewicht stimmt wieder!!! 2 Paare 1 x 10 K = Nun, es werden sich auch einige Tanzpaare aufgelöst haben. K = 0,2 Es gibt also weniger Paare, kaum einzelne Männer, und die Anzahl der Damen die -einigermaßen frustriert – herumsitzen oder -stehen hat sich deutlich vermehrt Und unser Gleichgewicht stimmt wieder!!!

Massenwirkungsgesetz Fassen wir unsere Erkenntnisse nochmals zusammen, diesmal etwas chemischer: A + B C + D Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht

Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht A + B C + D Beachten Sie: die Konzentrationen müssen NICHT gleich sein !!! Mit verschiedenen Konstanten K sind alle denkbaren Mischungen von A, B, C und D möglich, vorausgesetzt dass von jedem zumindest eine ganz geringe Menge vorhanden ist (Null ist verboten). Daher könnte es auch so sein: Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht oder so: oder so: oder so: oder so: Aber um es so einfach wie möglich zu machen, nehmen wir die allereinfachste Mischung:

Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht A + B C + D Wir geben jetzt auf einer Seite etwas, z.B. Stoff A dazu. Damit wird das Gleichgewicht gestört. Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht Wir haben jetzt kein Gleichgewicht mehr, das System muss daher reagieren, um das Gleichgewicht wiederherzustellen

Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht A + B C + D Das überschüssige A wird zum Teil mit B reagieren, und das so lange, bis das Gleichgewicht wieder stimmt – also bis das ursprüngliche K wieder erreicht ist. A und B werden also abnehmen. Und natürlich werden – im gleichen Ausmaß – C und D zunehmen. Chemisches Gleichgewicht = dynamisches Gleichgewicht

A + B C + D Und das Spiel lässt sich weiter treiben, indem man z.B. C erhöht, …

A + B C + D Und das Spiel lässt sich weiter treiben, indem man z.B. C erhöht, oder B erniedrigt, …

Ende der Präsentation A + B C + D … oder C erniedrigt …