Das Prinzip von Le Chatelier: Ändern des Volumens (Druck)

Bei Gasphasengleichgewichten kann es bei verändertem Volumen und Druck zu Änderungen der Konzentrationen von Reaktanten und Produkten kommen. Der Partialdruck P eines idealen Gases ist proportional zu seiner molaren Konzentration M.

Änderungen des Partialdrucks eines Reaktanten oder Produkts sind also im Wesentlichen Änderungen der Konzentrationen; daher haben diese Änderungen die gleichen Auswirkungen auf das Gleichgewicht. Neben dem Hinzufügen oder Entfernen von Reaktanten oder Produkten können die Drücke (Konzentrationen) von Spezies in einem Gasphasengleichgewicht auch durch Ändern des vom System eingenommenen Volumens geändert werden. Da alle Spezies eines Gasphasengleichgewichts das gleiche Volumen einnehmen, bewirkt eine gegebene Volumenänderung die gleiche Konzentrationsänderung sowohl für Reaktanten als auch für Produkte. Um zu erkennen, welche Verschiebung, wenn überhaupt, diese Art von Stress hervorruft, muss die Stöchiometrie der Reaktion berücksichtigt werden.

Im Gleichgewicht wird die Reaktion N₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 NO (g) durch den Reaktionsquotienten beschrieben

Verringert man das Volumen, das ein Gleichgewichtsgemisch dieser Spezies einnimmt, um den Faktor 3, so erhöht sich der Partialdruck aller drei Spezies um den Faktor 3:

Eine Änderung des Volumens dieses Gas-Phasen-Gleichgewichtsgemisches führt also nicht zu einer Verschiebung des Gleichgewichts

Eine ähnliche Behandlung eines anderen Systems, 2 SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 SO₃ (g), führt jedoch zu einem anderen Ergebnis:

In diesem Fall führt die Volumenänderung zu einem Reaktionsquotienten, der kleiner als die Gleichgewichtskonstante ist, und so verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts.

Diese Ergebnisse verdeutlichen den Zusammenhang zwischen der Stöchiometrie eines Gasphasengleichgewichts und dem Effekt einer volumeninduzierten Druck- (Konzentrations-)Änderung. Wenn die molaren Gesamtmengen von Reaktanten und Produkten gleich sind, wie im ersten Beispiel, verschiebt eine Volumenänderung das Gleichgewicht nicht. Wenn die molaren Mengen der Reaktanten und Produkte unterschiedlich sind, verschiebt eine Volumenänderung das Gleichgewicht in eine Richtung, die die Volumenänderung besser “berücksichtigt”. Im zweiten Beispiel ergeben drei Mole des Reaktanten (SO₂ und O₂) zwei Mol Produkt (SO₃), und so bewirkt eine Verringerung des Systemvolumens, dass sich das Gleichgewicht nach rechts verschiebt, da die Vorwärtsreaktion weniger Gas (2 mol) erzeugt als die umgekehrte Reaktion (3 mol). Umgekehrt würde eine Erhöhung des Volumens dieses Gleichgewichtssystems zu einer Verschiebung hin zu Reaktanten führen.

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