Le Chatelier-Prinzip Prinzip des kleinsten Zwangs Seminar zum anorganisch-chemischen Grundpraktikum für Studierende des Lehramts Goethe-Universität Frankfurt Referent: Timo Schomburg Datum: 28.05.2014

Inhalt Henry Louis Le Chatelier Das „Prinzip vom kleinsten Zwang“ Beispiel: Konzentrationsänderung Beispiel: Druckänderung Beispiel: Temperaturänderung Haber-Bosch-Verfahren Übungsaufgaben Quellen Referent: Timo Schomburg

1. Henry Louis Le Chatelier Sohn des Bergbauingenieurs und Unternehmers Louis Le Chatelier. Entwickelte bereits in der Schulzeit ein großes Interesse für das Fach Chemie. Studierte an einer Elitehochschule für Ingenieure in Paris. Unterrichtete zwischen 1878 und 1925 das Fach Chemie an verschiedenen Hochschulen. 1884 postulierte er das heutige „Prinzip vom kleinsten Zwang“. Henry Louis Le Chatelier * 08.10.1850  † 17.06.1936 Referent: Timo Schomburg

2. Das „Prinzip vom kleinsten Zwang“ Flussdelta im Sarek Nationalpark in Lappland Quelle: http://www.sweden-guide.de/sites/sweden-guide.de/files/images/Schweden_Flussdelta.jpg Referent: Timo Schomburg

2. Das „Prinzip vom kleinsten Zwang“ Beeinflussung einer Gleichgewichtslage durch: Konzentrationsänderung Druckänderung Temperaturänderung Die Konzentrationsänderung ist gleichbedeutend mit der Änderung der Partialdrücke der Reaktionsteilnehmer. Referent: Timo Schomburg

2. Das „Prinzip vom kleinsten Zwang“ „Übt man auf ein System, das im Gleichgewicht ist, durch Druckänderung oder Temperaturänderung einen Zwang aus, so verschiebt sich das Gleichgewicht, und zwar so, dass sich ein neues Gleichgewicht einstellt, bei dem dieser Zwang vermindert ist.“ Quelle: „Allgemeine und Anorganische Chemie“, 10.Auflage, Erwin Riedel, Seite 164. Referent: Timo Schomburg

3. Beispiel: Konzentrationsänderung Das Massenwirkungsgesetz lautet: Durch eine Konzentrationserhöhung des Sauerstoffs wird der Umsatz von SO2 erhöht. Das Gleichgewicht wird auf die Seite der Produkte verschoben. (g) (g) (g) Referent: Timo Schomburg

3. Beispiel Konzentrationsänderung Das „Prinzip des kleinsten Zwangs“ beschreibt Änderungen an einem chemischen Gleichgewicht auf qualitative Weise. Das MWG ermöglicht jedoch eine quantitative Bestimmung im Falle einer Konzentrationsänderung. Referent: Timo Schomburg

3. Beispiel: Konzentrationsänderung Entfernt man nun auf Seiten der Produkte das immer neu entstehende CO2-Gas, so verschiebt sich das Gleichgewicht auf diese Seite. Bei erhöhter Temperatur kann die Umwandlung von CaCO3 zu CaO sogar vollständig erfolgen, wenn das CO2-Gas stetig entfernt wird. Referent: Timo Schomburg

4. Beispiel: Druckänderung 2 Mol 1 Mol 2 Mol Es reagieren 3 Mol verschiedener Gase zu 2 Mol eines Gases. Das Molvolumen eines Gases (Standardbedingungen): 22,4 l/mol Durch Druckerhöhung wird die „volumenärmere“ Seite der Reaktion begünstigt, somit verschiebt sich das Gleichgewicht dorthin. Referent: Timo Schomburg

5. Beispiel: Temperaturänderung Wenn eine Temperaturänderung erfolgt, so versucht das System auszuweichen. Da es sich hier um eine endotherme Reaktion handelt, wird Wärme zugeführt um das Gleichgewicht auf die Seite der Produkte zu verschieben. Referent: Timo Schomburg

5. Beispiel: Temperaturänderung Quelle: „Allgemeine und Anorganische Chemie“, 10.Auflage, Erwin Riedel, Seite 169, Abb. 3.21 Referent: Timo Schomburg

6. Haber-Bosch-Verfahren Es handelt sich hierbei um eine exotherme Reaktion. Wie könnte eine solche Reaktion mit Hilfe des „Prinzip vom kleinsten Zwang“ begünstigt werden? Durch Kühlen. Jedoch wäre eine zusätzliche Kühlung unter Beachtung des kinetischen Aspekts, der Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel (RGT-Regel), für eine industrielle Nutzung nicht praktikabel, da die Reaktion viel zu langsam ablaufen würde. Referent: Timo Schomburg

6. Haber-Bosch-Verfahren Quelle: „Chemie“, Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, 10. Auflage, Seite 288, Abb. 17.2. Referent: Timo Schomburg

6. Haber-Bosch-Verfahren Video wurde aufgrund der Größe entfernt, wird jedoch während des Referats gezeigt. Zu finden ist es unter dem unten stehenden Link. Es zeigt ein von der BASF angewandte Methode der Ammoniaksynthese. Das Video wird nur zur Hälfte gezeigt (die Aufbereitung von H2 und N2 wird ausgelassen). Referent: Timo Schomburg Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=uL83uYZ5sm8

6. Haber-Bosch-Verfahren Durch Druckerhöhung wird die Entstehung der Produkte begünstigt. 1 Mol + 3 Mol  2 Mol Der Katalysator begünstigt nur die Reaktionsgeschwindigkeit hat aber keinen Einfluss auf das Gleichgewicht. Er wird nicht verbraucht. Referent: Timo Schomburg

6. Haber-Bosch-Verfahren Quelle: „Allgemeine und Anorganische Chemie“, 10.Auflage, Erwin Riedel, Seite 168 Referent: Timo Schomburg

7. Übungsaufgaben Quelle: „Chemie“, Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, 10. Auflage, Seite 289 Referent: Timo Schomburg

7. Übungsaufgaben Quelle: „Chemie“, Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, 10. Auflage, Seite 289 Referent: Timo Schomburg

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! Referent: Timo Schomburg

Quellen „Allgemeine und Anorganische Chemie“, 10.Auflage, Erwin Riedel, Seite 164 ff. „Chemie“, Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, 10. Auflage, Seite 286 ff. http://www.sweden-guide.de/sites/sweden- guide.de/files/images/Schweden_Flussdelta.jpg (Stand 18.05.14) http://www.youtube.com/watch?v=uL83uYZ5sm8 (Stand 18.05.14) Referent: Timo Schomburg