14.3
Das Prinzip von Le Chatelier: Konzentration ändern
Ein System im Gleichgewicht befindet sich in einem dynamischen Gleichgewichtszustand, wobei Vorwärts- und Rückreaktionen mit gleichen Geschwindigkeite…
Ein System befindet sich im dynamischen Gleichgewicht, wenn die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion der Geschwindigkeit der Rückreaktion entspricht. Obwohl die Reaktion immer noch in beide Richtungen abläuft, bleiben die Nettokonzentrationen von Reaktanten und Produkten konstant.
Wenn an diesem Punkt die Konzentration eines Reaktanten oder Produkts verändert wird, z. B. durch Zugabe von zusätzlichem Molekül A oder durch Entfernen eines Moleküls C, wird das Gleichgewicht gestört. Solche Veränderungen sind Belastungen für das System.
Nach dem Prinzip von Le Châtelier verschiebt sich die Gleichgewichtsposition, wenn ein Gleichgewichtssystem aufgrund einer Änderung der Konzentration, einer Änderung des Volumens oder des Drucks oder einer Temperaturänderung belastet wird, um die Belastung zu minimieren und das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Um die Reaktion eines Systems auf Konzentrationsänderungen zu verstehen, betrachten Sie zwei miteinander verbundene Wassertanks, A und B. Anfangs ist der Wasserstand in den beiden Tanks gleich und das System befindet sich im Gleichgewicht. Dann wird Wasser in Tank B gegeben.
Dieser Stress lässt den Wasserstand im Tank B ansteigen und stört das Gleichgewicht. Um diese Belastung auszugleichen, fließt ein Teil des Wassers in Tank A, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Wird hingegen Wasser aus Tank B entnommen, löst das Absenken des Wasserspiegels ebenfalls Stress aus.
Folglich fließt Wasser aus Tank A in Tank B, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Für ein System im Gleichgewicht ist der Reaktionsquotient gleich der Gleichgewichtskonstante. Die Zugabe von mehr Reaktanten zum Gleichgewichtsgemisch verringert die Güte. Nach dem Prinzip von Le Châtelier minimiert das System diese Spannung, indem es die Gleichgewichtsposition in Richtung der Produkte verschiebt, um den zugesetzten Reaktanten zu verbrauchen und das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Ebenso führt das Entfernen eines Produkts aus dem Gleichgewichtsgemisch zu einer ähnlichen Reaktion, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Im Gegensatz dazu erhöht das Hinzufügen weiterer Produkte die Q. Somit verschiebt sich die Gleichgewichtsposition in Richtung der Reaktanten, um das zugegebene Produkt zu verbrauchen und das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Eine Änderung der Konzentration verschiebt die Gleichgewichtsposition, ohne den Wert von K zu verändern.
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Q1: What happens to an equilibrium system when you add more reactant?
Adding reactant decreases the reaction quotient (Q), causing the equilibrium to shift toward products. This shift consumes the added reactant and re-establishes equilibrium. The system minimizes the stress by expending the extra reactant molecules to restore balance between forward and reverse reaction rates.
Q2: How does removing a product affect a system at equilibrium?
Removing product decreases the reaction quotient, triggering a forward shift in equilibrium. The system responds by shifting toward products to replace the removed molecules and restore equilibrium. This shift consumes reactants and produces more product until balance is reestablished between reaction rates.
Q3: What is Le Châtelier's principle and how does it explain concentration changes?
Le Châtelier's principle states that when an equilibrium system is stressed by a concentration change, the system shifts to minimize that stress and restore equilibrium. The equilibrium position shifts in the direction that counteracts the stress, whether reactants or products are added or removed, without changing the equilibrium constant value.
Q4: Why does adding product to an equilibrium mixture cause a leftward shift?
Adding product increases the reaction quotient (Q) above the equilibrium constant (K), making Q greater than K. The system responds by shifting left toward reactants to consume the excess product and re-establish equilibrium. This leftward shift reduces product concentration back to its equilibrium value.
Q5: Does the equilibrium constant change when you alter the concentration of reactants or products?
No, the equilibrium constant remains unchanged when concentrations are altered. Although the equilibrium position shifts to a new composition, the value of K stays the same. Concentration changes shift equilibrium without affecting the fundamental relationship defined by the equilibrium constant expression.
Q6: How can you predict which direction an equilibrium will shift using the reaction quotient?
Compare the reaction quotient (Q) to the equilibrium constant (K). If Q is less than K, the equilibrium shifts right toward products. If Q is greater than K, the equilibrium shifts left toward reactants. This comparison allows you to predict the direction of shift before the system reaches equilibrium.
Q7: What is the difference between a stress on an equilibrium system and the system's response?
A stress is the change applied to the system, such as adding or removing a reactant or product. The response is the equilibrium shift that occurs afterward to counteract that stress. The system's shift continues until the forward and reverse reaction rates are equal again, restoring dynamic equilibrium.