Ein Gleichgewichtssystem befindet sich in einem Zustand des dynamischen Gleichgewichts, in dem Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen. Wenn ein Gleichgewichtssystem einer Änderung der Bedingungen ausgesetzt ist, die diese Reaktionsgeschwindigkeiten unterschiedlich beeinflusst (eine Spannung), dann sind die Raten nicht mehr gleich und das System befindet sich nicht im Gleichgewicht. Das System erfährt anschließend eine Nettoreaktion in Richtung einer größeren Rate (einer Verschiebung), die das Gleichgewicht wiederherstellt. Dieses Phänomen wird durch das Prinzip von Le Châtelier zusammengefasst: Wenn ein Gleichgewichtssystem belastet wird, erfährt das System als Reaktion auf den Stress eine Verschiebung, die das Gleichgewicht wiederherstellt.

Die Reaktionsgeschwindigkeit wird hauptsächlich von den Konzentrationen beeinflusst, wie sie durch das Gesetz der Reaktionsgeschwindigkeit beschrieben werden, und von der Temperatur, wie sie durch die Arrhenius-Gleichung beschrieben wird. Folglich sind Änderungen der Konzentration und der Temperatur die beiden Belastungen, die ein Gleichgewicht verschieben können.

Wirkung einer Konzentrationsänderung

Wenn ein Gleichgewichtssystem einer Änderung der Konzentration eines Reaktanten oder einer Produktspezies ausgesetzt ist, ändert sich die Geschwindigkeit der Vorwärts- oder der Rückwärtsreaktion. Betrachten Sie als Beispiel die Gleichgewichtsreaktion:

Wenn sich dieses System im Gleichgewicht befindet, sind die Vorwärts- und Rückwärtsreaktionsgeschwindigkeiten gleich.

Wird das System durch Zugabe eines Reaktanten N₂ oder O₂ belastet, so bewirkt die daraus resultierende Konzentrationserhöhung eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion, die die der Rückreaktion übersteigt:

Das System erfährt eine vorübergehende Nettoreaktion in Vorwärtsrichtung, um das Gleichgewicht wiederherzustellen (das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts). Die gleiche Verschiebung tritt auf, wenn ein Teil des Produkt-NOs aus dem System entfernt wird, wodurch die Geschwindigkeit der Umkehrreaktion verringert wird, was wiederum zu demselben Ungleichgewicht bei den Raten führt.

Die gleiche Logik kann verwendet werden, um die Linksverschiebung zu erklären, die sich entweder aus dem Entfernen des Reaktanten oder dem Hinzufügen von Produkt zu einem Gleichgewichtssystem ergibt. Beide Belastungen führen zu einer erhöhten Geschwindigkeit für die Umkehrreaktion

und eine vorübergehende Nettoreaktion in umgekehrter Richtung, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.

Als Alternative zu dieser kinetischen Interpretation kann der Effekt von Konzentrationsänderungen auf Gleichgewichte in Form von Reaktionsquotienten rationalisiert werden. Wenn sich das System im Gleichgewicht befindet,

Wenn ein Reaktant hinzugefügt wird (wodurch der Nenner des Reaktionsquotienten erhöht wird) oder ein Produkt entfernt wird (wodurch der Zähler verringert wird), dann verschiebt sich Q_c < K_c und das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts. Es ist zu beachten, dass die drei verschiedenen Arten, diesen Stress zu induzieren, zu drei verschiedenen Veränderungen in der Zusammensetzung des Gleichgewichtsgemisches führen. Wenn N₂ hinzugefügt wird, verbraucht die Rechtsverschiebung O₂ und erzeugt NO, wenn das Gleichgewicht wiederhergestellt wird, was zu einem Gemisch mit einer höheren Konzentration von N₂ und NO und einer geringeren Konzentration von O₂ führt als zuvor. Wird O₂ zugesetzt, so weist das neue Gleichgewichtsgemisch höhere Konzentrationen von O₂ und NO und eine geringere Konzentration von N₂ auf. Wenn schließlich NO entfernt wird, hat das neue Gleichgewichtsgemisch höhere Konzentrationen von_N2 und_O2 und eine geringere Konzentration von NO. Trotz dieser Unterschiede in der Zusammensetzung ist der Wert der Gleichgewichtskonstante nach der Spannung derselbe wie vorher (gemäß dem Gesetz der Massenwirkung). Die gleiche Logik kann für Spannungen angewendet werden, bei denen Reaktanten entfernt oder Produkt hinzugefügt werden, wobei sich in diesem Fall Q_c > K_c und das Gleichgewicht nach links verschiebt.

Dieser Text wurde übernommen von <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/13-3-shifting-equilibria-le-chateliers-principle">Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 13.3 Verschiebung von Gleichgewichten: LeChateliers Prinzip.