Tag 31 – Chemie zum Zweiten

Lieber Leser,

Meine Chemie-Klausur war… in Ordnung. Schwierig zu sagen, ehrlich. Bei drei großen Aufgaben mit insgesamt 21 Teilaufgaben ist es relativ schwierig, einen Überblick zu behalten. Aber ich konnte fast alle Teilaufgaben sinnvoll bearbeiten. Trotzdem ist meine Lehrerin wahnsinnig anspruchsvoll, und an manchen Stellen hätten die Aufgaben ein wenig freundlicher sein können. Aber das Wichtigste ist ja: es liegt jetzt hinter mir.

Ein bisschen Stärke können wir doch alle gebrauchen.

Nun kommt hier wie versprochen ein Teil meines Wissens zum Thema, ob ihr wollt oder nicht.

Grundsätzlich ging es um Reaktiondgeschwindigkeiten und das chemische Gleichgewicht. Heute rede ich nur über das Gleichgewicht, das dauert sonst zu lange und ehrlich gesagt ist das Gleichgewicht spannender als die Reaktionsgeschwindigkeit.

Zum chemischen Gleichgewicht muss man wissen, dass manche Reaktionen in beide Richtungen ablaufen können. Heist: es gibt eine „Hinreaktion“ und eine „Rückreaktion“. Ein Beispiel: aus Iod und Wasserstoff entsteht Iodwasserstoff (😉), Iodwasserstoff kann aber auch wieder in Iod und Wasserstoff zerfallen.

Bei einem chemischen Gleichgewicht laufen nun Hin- und Rückreaktion gleichzeitig ab. Wenn dann beide Reaktionen gleich schnell ablaufen, dann hat sich unser Gleichgewicht eingestellt. Gucken wir uns unser Beispiel wieder an: Wasserstoff und Iod reagieren zu Iodwasserstoff und dieser wiederum zu Wasserstoff und Iod. Da die Reaktionsgeschwindigkeit (die beschreibt, wie viel Stoffmenge pro Zeiteinheit entsteht) beider Reaktionen jetzt gleich schnell ist, entsteht genau so viel von einem Stoff, wie es wieder zerfällt. Das Stoffmengenverhältnis der Produkte und Edukte bleibt jetzt also gleich, solange wir die äußeren Einflüsse nicht verändern. Dazu kommen wir gleich. Man spricht hier von einem dynamischen Gleichgewicht, da die Reaktionen ja immernoch ablaufen, die tatsächlichen Teilchen verändern sich also, aber optisch verändert sich nichts an unserem Verhältnis. Cool, oder?

Jetzt kann man dieses chemische Gleichgewicht allerdings beeinflussen. Das liegt daran, dass sich das Gleichgewicht unter ganz bestimmten Bedingungen eingestellt hat. Wie wir alle auch möchten chemische Reaktionen sich nicht zu etwas zwingen lassen, das bedeutet: wenn wir die Bedingungen verändern, verändert sich auch die Reaktionsgeschwindigkeit, was für unser Gleichgewicht bedeutet: eine der beiden Reaktionen läuft schneller ab, das Gleichgewicht verschiebt sich also auf ihre Seite. Beispielsweise so:

Temperatur: Man kann chemische Reaktionen in zwei Gruppen aufteilen: in exotherme und endotherme Reaktionen. Exotherme Reaktionen geben Energie, meist in vorm von Wärme, an die Umgebung ab. Klassisches Beispiel: Verbrennungen. Endotherme Reaktionen hingegen laufen nicht einfach so ab, sie benötigen eine Aktivierungsenergie um überhaupt abzulaufen und nehmen somit Energie auf. Wenn sich Brausetabletten oder Traubenzucler auflösen, klauen sie dem Wasser oder dem Speichel Energie in Form von Wärme. Schonmal bemerkt, dass es kalt im Mund wird, wenn man Traubenzucker lutscht?

Grundsätzlich kann man sagen: wenn die Hinreaktion endotherm ist, ist die Rückreaktion exotherm. Da endotherme Reaktionen Energie benötigen, um abzulaufen, werden sie durch eine erhöhte Temperatur bevorzugt. Wenn wir also ein Gleichgewicht vorliegen haben und die Temperatur erhöhen, wird sich das Gleichgewicht auf die Seite der endothermen Reaktion verschieben, heißt: diese läuft schneller ab.

Gegenteilig werden exotherme Reaktionen durch niedrigere Temperaturen begünstigt.

Druck: Der Druck spielt nur bei Gasreaktionen eine Rolle, und auch hier nur bei manchen. Bei unserem Beispiel würde es nichz funktionieren, das Gleichgewicht durch Druckänderung zu verschieben. Das klappt nur, wenn man auf einer Seite des Reaktionspfeils mehr Gas-Teilchen hat als auf der anderen. Wenn man den Druck erhöht, verschiebt sich das Gleichgewicht auf die Seite mit weniger Teilchen.

Das waren jetzt zwei Beispiele, wie man Gleichgewichte beeinflussen kann.

Natürlich kann man mit Gleichgewichten auch rechnen. Jede Gleichgewichtsreaktion hat ein für eine konstante Temperatur und konstanten Druck konstantes Mengenverhältnis von Produkten und Edukten, welches man berechnen kann. Dazu teilt man nur die Konzentartion oder den Partialdruck (Erklärung folgt) der Produkte im Gleichgewicht durch die der Edukte im Gleichgewicht.

Unter Konzentration könnt ihr euch bestimmt was vorstellen, was aber ist der Partialdruck? Auch das greift nur bei Gasen. Dazu müssen wir wissen, welcher Druck in unserem System herrscht. Nehmen wir als Beispiel 1000 KPa (Kilopascal, eine mögliche Einheit für den Druck). Um den Partialdruck eines an der Reaktion beteiligten Gases zu ermitteln, müssen wir wissen, wie viel Prozent des Gasgemischs es ausmacht. Nehmen wir an, bei unserem Beispiel macht Iod 60% aus. Jetzt nehmen wir an, dass besagtes Gas den ganzen Raum einnimmt und kommen so darauf, dass der Partialdruck in unserem Fall 600 KPa beträgt. Das finde ich selbst etwas verwirrend. Ist aber so.

Wenn man die Konstante ausgerechnet hat oder einfach kennt, kann man damit narürlich weiterrechnen. Man kann zum Beispiel ausrechnen, wie lange es dauert, bis sich ein Gleichgewicht einstellt.

Ich glaube, das reicht für heute. Was sollt ihr jetzt davon mitnehmen? Mehreres, hoffe ich. Zuerst natürlich, dass Chemie wahnsinnig spannend ist. Alles ist Chemie. Zweitens möchte ich, dass ihr von mir beeindruckt seid, weil ich das alles mal so eben aus dem Ärmel geschüttelt habe. Und drittens… Niemand mag Zwang. Und Druck auch nicht.

Ich bin stolz auf euch, wenn ihr bis hierhin gelesen habt! Noch mehr, wenn ihr davon auch etwas verstanden habt😉

Macht es gut.

Eure Ella

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