2.10 Verschiebung des Gleichgewichts

Die Lage des Gleichgewichts ergibt sich aus dem Zusammenwirken von Hin­reaktion und Rückreaktion. Das Gleichgewicht verschiebt sich, wenn beide Reaktionen verschieden stark geändert werden.

Das ist häufig der Fall bei einer Änderung von

1. Konzentration (Konzentration = Stoffmenge / Volumen)
2. Temperatur
3. Druck

2.10.1 Änderung der Konzentration und Temperatur

α) Einmaliger Zusatz von Stoff D
Es erfolgen mehr Rückreaktionen (Wichtig, das über das Kollisionsmodell zu verstehen: durch mehr Teilchen wird häufiger ein Zusammenstoß zwischen C und D erfolgen); dadurch stellt sich ein neues Gleichgewicht ein. Man sagt: „Das GG wird nach links verschoben."

Roter Pfeil: Zugabe von Stoff D → Stoff D kollidiert häufiger mit C und reagiert. Dadurch werden es etwas weniger Stoffe C und D (blaue Pfeile auf der Produktseite); gleichzeitig entstehen etwas mehr Stoffe A und B. Bitte immer daran denken: Bei einem Gleichgewicht gibt es immer alle Stoffe – hier also A, B, C und D gleichzeitig! Man kann sich das schnell veranschaulichen, wenn man bei einer Reaktionsgleichung die Pfeile einzeichnet.

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β) Einmalige Wegnahme von Stoff D

Jetzt seid ihr dran: Wie ändert sich das Gleichgewicht, wenn man einmalig den Stoff D wegnimmt? Macht eine analoge Reaktionsgleichung mit Pfeilen wie oben.

Lösung: Wegnahme von Stoff D

Es erfolgen mehr Hinreaktionen; dadurch stellt sich ein neues Gleichgewicht ein. Man sagt: „Das GG wird nach rechts verschoben."

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γ) Dauernde Wegnahme von Stoff D (z. B. als Gas)

Wie ändert sich das Gleichgewicht bei dauerhafter Wegnahme, wenn der entstehende Stoff D permanent aus dem System verdampft?

Lösung: Dauernde Wegnahme – offenes System

In einem offenen System kann sich kein Gleichgewicht einstellen; die Reaktion läuft vollständig ab.

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Eisenrhodanid-Gleichgewicht

Vergleich dazu Arbeitsblatt zum Experiment.

Vereinfachte Reaktionsgleichung:

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a) Das 1. Reagenzglas bleibt unverändert und dient zum Vergleich!

b) Ein Spatellöffel NH₄Cl (Ammoniumchlorid) wird in Reagenzglas 2 gegeben.
Beobachtung: Die Lösung wird heller.

Wie kann man das mithilfe der Verschiebung des Gleichgewichts deuten?

Lösung: Zugabe von NH₄Cl

Deutung: Das Gleichgewicht wird nach links verschoben. Die Konzentration des Produkts NH₄Cl wird erhöht → mehr Rückreaktionen → weniger Fe(SCN)₃ → Lösung entfärbt sich (wird heller).

c) Eine Spatelspitze FeCl₃ (Eisenchlorid) wird in Reagenzglas 3 gegeben.

Nenne die mögliche Beobachtung und Deutung:

Lösung: Zugabe von FeCl₃

Beobachtung: Die Lösung wird dunkelrot.
Deutung: Das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben. Die Konzentration des Edukts Fe³⁺ wird erhöht → mehr Hinreaktionen → mehr Fe(SCN)₃ → Lösung wird dunkler.

d) Ein Spatellöffel NH₄SCN (Ammoniumrhodanid = Ammoniumthiocyanat) wird in Reagenzglas 4 gegeben.

Lösung: Zugabe von NH₄SCN

Beobachtung: Die Lösung wird dunkelrot.
Deutung: Das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben. Die Konzentration des Edukts SCN⁻ wird erhöht → mehr Hinreaktionen → mehr Fe(SCN)₃.

e) Reagenzglas 5 wird in heißes Wasser gestellt.

Beobachtung: Die Lösung wird heller.

Lösung: Temperaturerhöhung (heißes Wasser)

Deutung: Das Gleichgewicht wird nach links verschoben. Temperaturerhöhung begünstigt die endotherme Reaktion (die Rückreaktion). Da ΔH < 0 für die Hinreaktion, ist die Rückreaktion endotherm → weniger Fe(SCN)₃ → Lösung wird heller.

f) Reagenzglas 6 wird in Eiswasser gestellt.

Überlegt, was jetzt die Beobachtung sein könnte:

Lösung: Temperaturerniedrigung (Eiswasser)

Beobachtung: Die Lösung wird dunkler.
Deutung: Das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben. Temperaturerniedrigung begünstigt die exotherme Reaktion (die Hinreaktion) → mehr Fe(SCN)₃ → Lösung wird dunkler.

b) Weiteres Beispiel

H₂O (l)  ⇌  H₂O (g)     ΔH = +41 kJ
flüssig             gasförmig

Temperaturerhöhung → mehr Wasser verdampft (endotherme Reaktion wird begünstigt).

2.10.2 Änderung des Drucks

a) Chlorethandampf – Chlorethanflüssigkeit (Kältespray; genau: Monochlorethan)

C₂H₅Cl (g)  ⇌  C₂H₅Cl (l)

α) Bei Druckerhöhung bilden sich im Kolbenprober Chlorethantröpfchen:

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β) Bei Druckerniedrigung verschwinden die Chlorethantröpfchen wieder:

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b) Weiteres Beispiel

H₂O (s)  ⇌  H₂O (l)
fest (solid)       flüssig (liquid)

Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht nach rechts: Wasser wird flüssig.
Grund: Flüssiges Wasser hat eine größere Dichte (kleineres Volumen) als Eis – deshalb schwimmt Eis auf Wasser.

FeCl₃ + 3 NH₄SCN  ⇌  Fe(SCN)₃ + 3 NH₄Cl     ΔH < 0

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Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen

Häufige Fragen – Verschiebung des Gleichgewichts

Was bedeutet es, dass ein Gleichgewicht „verschoben" wird?

Ein chemisches Gleichgewicht liegt vor, wenn Hin- und Rückreaktion gleich schnell ablaufen. Greift man von außen ein – z. B. durch Zugabe eines Stoffs – laufen beide Reaktionen vorübergehend unterschiedlich schnell. Bis sich ein neues Gleichgewicht einstellt, überwiegt eine der beiden Richtungen. Man sagt: Das Gleichgewicht wird nach links oder rechts verschoben. Mehr zu den Grundlagen: → Merkmale des chemischen Gleichgewichts.

Wie wirkt die Zugabe eines Reaktionspartners auf das Gleichgewicht?

Wird die Konzentration eines Stoffs erhöht, begünstigt das die Reaktionsrichtung, die diesen Stoff verbraucht. Erklärt wird das über das Kollisionsmodell: Mehr Teilchen bedeutet häufigere Zusammenstöße in der entsprechenden Reaktionsrichtung. Beispiel: Gibt man zum Eisenrhodanid-Gleichgewicht FeCl₃ zu, steigt die Fe³⁺-Konzentration → das GG verschiebt sich nach rechts → Lösung wird dunkler.

Warum läuft eine Reaktion im offenen System vollständig ab?

Im offenen System werden Produkte permanent aus dem Reaktionsgemisch entfernt (z. B. durch Verdampfen). Dadurch kann die Rückreaktion nicht stattfinden – denn sie benötigt die Produkte als Edukte. Das Gleichgewicht wird so weit nach rechts verschoben, bis alle Edukte verbraucht sind. Dieses Prinzip ist z. B. in der Ammoniaksynthese technisch genutzt.

Warum verschiebt Erhitzen des Eisenrhodanid-Gleichgewichts die Lage nach links?

Die Hinreaktion des Eisenrhodanid-Gleichgewichts ist exotherm (ΔH < 0). Die Rückreaktion ist damit endotherm. Temperaturerhöhung begünstigt die endotherme Reaktionsrichtung – also die Rückreaktion. Infolgedessen zerfällt mehr Fe(SCN)₃, und die rote Farbe verblasst. Umgekehrt: Kühlung (Eiswasser) begünstigt die exotherme Hinreaktion → Lösung wird dunkler.

Wie beeinflusst Druck ein Gleichgewicht zwischen Gasen?

Druckerhöhung begünstigt die Seite mit dem kleineren Volumen (weniger Gasteilchen). Beim Chlorethan-Gleichgewicht C₂H₅Cl (g) ⇌ C₂H₅Cl (l) bedeutet Druckerhöhung, dass mehr Dampf kondensiert (Flüssigkeit nimmt weniger Volumen ein). Bei Gasen mit unterschiedlicher Molzahl auf beiden Seiten (z. B. der Ammoniaksynthese: N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃) begünstigt Druck die Seite mit weniger Gasteilchen (hier die Produktseite mit 2 mol statt 4 mol).

Lernkarten – Verschiebung des Gleichgewichts

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Weiter im Kapitel Gleichgewichtsreaktionen

← 2.9 Benzoesäure-Gleichgewicht → 2.11 Prinzip von Le Chatelier

→ 2.12 Massenwirkungsgesetz → 2.15 Ammoniaksynthese

🔁 Grundlagen: Merkmale des chemischen GG · Kollisionsmodell

• Gleichgewichtsreaktionen

2.8 Allgemeines Zahlenbeispiel

	A	+	B	⇌	C	+	D
Vorher	1000		1000		0		0
Nachher	1000 − X		1000 − X		X		X
z.B. im GG	800		800		200		200

2.9 Säure-Base-Reaktionen mit Benzoesäure

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a) Benzoesäure + Wasser

Man gibt feste Benzoesäure in Wasser. Dabei beobachtet man, dass die Benzoesäure als weiße Substanz oben auf dem Wasser schwimmt. Auch mit Schütteln löst sie sich nicht auf.

Frage: Warum löst sich Benzoesäure nicht in Wasser? Dafür muss man sich einmal Benzoesäure anschauen (Hinweis: Benzoesäure ist noch vereinfacht „falsch" geschrieben, da wir die Aromaten erst später genauer betrachten).

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Erklärt, warum Benzoesäure nur schlecht in Wasser löslich ist!

Lösung: Löslichkeit der Benzoesäure

Bei Benzoesäure ist ein großer Teil unpolar (der Benzolring). Der polare Teil (die –COOH-Gruppe) ist kleiner. Die Benzoesäure kann zwar mit Wasser H-Brücken ausbilden, aber der große unpolare Rest sorgt für eine schlechte Löslichkeit.

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Hinweis: Ähnliches löst sich in Ähnlichem.

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Zusammenfassung Beobachtung: wenig löslich in Wasser; die Lösung reagiert schwach sauer.

Formuliert die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Benzoesäure mit Wasser mit bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren (Hinweis: Benzoesäure ist jetzt schon etwas vereinfacht geschrieben, indem die H-Atome am Ring weggelassen wurden).

Lösung: Reaktionsgleichung Benzoesäure + Wasser

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Es findet nur eine schwache Reaktion mit H₂O statt. Es reagieren nur wenige Benzoesäuremoleküle. Das Gleichgewicht liegt links.

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b) Benzoesäure + Natronlauge (Neutralisation)

Man gibt vorsichtig Natronlauge zu und schüttelt die Lösung, bis die Benzoesäure vollständig aufgelöst ist.
Beobachtung: Es entsteht eine klare Lösung.

Formuliert hierfür auch wieder eine Reaktionsgleichung mit bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren.

Lösung: Reaktionsgleichung Benzoesäure + Natronlauge

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Die Benzoesäuremoleküle reagieren praktisch vollständig (das Gleichgewicht liegt weit auf der rechten Seite).

c) Gelöstes Natriumbenzoat + verd. Salzsäure

Die klare Natriumbenzoat-Lösung wird mit verdünnter Salzsäure versetzt.
Beobachtung: Die klare Lösung wird trübe. Eine weiße, pulverartige Substanz schwimmt wieder auf der Oberfläche.

Lösung: Reaktionsgleichung Natriumbenzoat + Salzsäure

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Feste Benzoesäure scheidet sich ab; die Benzoat-Anionen reagieren praktisch vollständig.

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Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen

Häufige Fragen – Benzoesäure-Gleichgewicht

Warum löst sich Benzoesäure kaum in Wasser?

Benzoesäure besteht aus einem großen unpolaren Benzolring und einer kleineren polaren Carboxylgruppe (–COOH). Da „Ähnliches Ähnliches löst", ist der unpolare Anteil so dominant, dass die Wasserlöslichkeit sehr gering bleibt – obwohl die –COOH-Gruppe H-Brücken zu Wasser ausbilden kann. Mehr zur Struktur von Benzol und seinen Derivaten: → Aromaten (Kursstufe).

Warum liegt das Gleichgewicht von Benzoesäure + Wasser auf der linken Seite?

Benzoesäure ist eine schwache Säure: Sie gibt Protonen nur in geringem Umfang an Wasser ab. Im Gleichgewicht überwiegen daher die Edukte (undissoziierte Benzoesäure + Wasser) gegenüber den Produkten (Benzoat-Ion + Hydronium-Ion). Man sagt: das Gleichgewicht liegt links. Ein kleiner K_c-Wert (K_s ≈ 6,3 · 10⁻⁵) bestätigt das. Grundlagen zur Gleichgewichtslage: → Merkmale eines chemischen Gleichgewichts.

Was geschieht, wenn man Benzoesäure mit Natronlauge versetzt?

Natronlauge enthält OH⁻-Ionen (eine starke Base). Diese reagieren mit der Benzoesäure vollständig zu Natriumbenzoat (C₆H₅COO⁻ Na⁺) und Wasser. Das Benzoat-Ion ist gut wasserlöslich → die zuvor trübe Suspension wird klar. Diese vollständige Reaktion ist möglich, weil NaOH eine viel stärkere Base ist als Wasser. Verwandte Grundlagen: → Neutralisation (Kl. 9).

Was passiert beim Ansäuern von Natriumbenzoat-Lösung mit Salzsäure?

Salzsäure (HCl) ist eine starke Säure und gibt bereitwillig Protonen an das Benzoat-Ion ab. Dabei wird Benzoesäure zurückgebildet, die sich wegen ihrer geringen Wasserlöslichkeit sofort als weißer Feststoff abscheidet (Lösung wird trüb). Stärkere Säuren verdrängen schwächere Säuren aus ihren Salzen – ein direktes Anwendungsbeispiel des Stärke-Prinzips von Säuren und Basen (Kl. 9).

Wie berechnet man K_c für das allgemeine Zahlenbeispiel A + B ⇌ C + D?

Im Zahlenbeispiel liegen im Gleichgewicht vor: A = 800, B = 800, C = 200, D = 200 (gleiche Einheit, z. B. mmol/L). Das Massenwirkungsgesetz ergibt:

K_c = [C] · [D] / ([A] · [B]) = 200 · 200 / (800 · 800) = 40.000 / 640.000 ≈ 0,0625

Ein K_c < 1 zeigt: die Edukte überwiegen im Gleichgewicht (Gleichgewicht liegt links). Mehr dazu: → Massenwirkungsgesetz (MWG).

Lernkarten – Benzoesäure-Gleichgewicht

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← 2.6/2.7 Schreibweise und Kollisionsmodell → 2.10 Verschiebung des Gleichgewichts

← 2.5 Estergleichgewicht → 2.12 Massenwirkungsgesetz

🔁 Grundlagen: Brønsted-Definition (Kl. 9) · Stärke von Säuren und Basen (Kl. 9) · Neutralisation (Kl. 9)

🔗 Weiterführend: Aromaten – Benzol und Derivate (Kursstufe) · Autoprotolyse und pH-Wert (Kursstufe)

• Organische Chemie
• Säure-Base-Reaktion
• Brønsted-Säure
• Carbonsäure
• Gleichgewichtsreaktionen

2.6 Schreibweise für Gleichgewichtsreaktionen

Die Lage des Gleichgewichts lässt sich durch unterschiedlich lange Gleichgewichtspfeile visualisieren. Am Beispiel des Estergleichgewichts (S = Säure, A = Alkohol, E = Ester, W = Wasser):

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2.7 Kollisionsmodell und Reaktionsgeschwindigkeit

Das Kollisionsmodell erklärt, warum die Reaktionsgeschwindigkeit vom Produkt der Konzentrationen der Reaktionspartner abhängt. Entscheidend ist die Anzahl der möglichen Zusammenstöße (Treffermöglichkeiten) zwischen Edukt-Teilchen:

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Das Kollisionsmodell liefert die Grundlage für das Massenwirkungsgesetz: Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist proportional zum Produkt der Edukt-Konzentrationen, die der Rückreaktion proportional zum Produkt der Produkt-Konzentrationen.

Aktivierungsenergie und Katalysator

Das Energiediagramm zeigt, wie ein Katalysator die Aktivierungsenergie senkt und damit die Reaktion beschleunigt:

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Wichtiger Hinweis zum Katalysator: Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie für Hin- und Rückreaktion gleichermaßen. Er beschleunigt das Erreichen des Gleichgewichts – verschiebt es aber nicht. Die Lage des Gleichgewichts (K_c-Wert) bleibt durch einen Katalysator unverändert.

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Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen

Häufige Fragen – Schreibweise und Kollisionsmodell

Was bedeutet es, wenn ein Gleichgewichtspfeil länger ist als der andere?

Ein längerer Pfeil zeigt die bevorzugte Reaktionsrichtung an. Zeigt der längere Pfeil nach rechts (→⇌), liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite – es bilden sich mehr Produkte als Edukte. Zeigt er nach links (⇌←), überwiegen die Edukte. Gleich lange Pfeile (⇌) bedeuten: ähnlich viele Edukte und Produkte im Gleichgewicht. Das genaue Verhältnis beschreibt der K_c-Wert.

Was besagt das Kollisionsmodell für Gleichgewichtsreaktionen?

Die Geschwindigkeit einer Reaktion hängt davon ab, wie oft sich Teilchen treffen und zusammenstoßen. Die Anzahl der Treffermöglichkeiten ist proportional zum Produkt der Teilchenzahlen (bzw. Konzentrationen) der Reaktionspartner: Wenn n(A) = 2 und n(B) = 2, gibt es 2 · 2 = 4 Treffermöglichkeiten. Bei n(A) = 3 und n(B) = 3 sind es 3 · 3 = 9. Dieses Prinzip bildet die Grundlage des Massenwirkungsgesetzes.

Was passiert mit der Reaktionsgeschwindigkeit, wenn man eine Konzentration verdoppelt?

Für die Reaktion A + B → Produkte gilt nach dem Kollisionsmodell: v ∝ [A] · [B]. Verdoppelt man nur [A] (von 1 auf 2), verdoppeln sich die Treffermöglichkeiten. Verdoppelt man beide Konzentrationen, vervierfachen sich die Treffermöglichkeiten (2 · 2 = 4). Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt also quadratisch, wenn man beide Eduktkonzentrationen verdoppelt. Wichtig: Das gilt analog für die Rückreaktion mit den Produktkonzentrationen.

Wie wirkt ein Katalysator auf die Aktivierungsenergie – und warum verschiebt er das Gleichgewicht nicht?

Ein Katalysator bildet ein energieärmeres Zwischenprodukt (AK) mit einem der Reaktionspartner. Dadurch ist die Aktivierungsenergie für die Hinreaktion und für die Rückreaktion gleichermaßen kleiner. Beide Reaktionen werden schneller – aber im gleichen Verhältnis. Da sich beide Geschwindigkeiten proportional ändern, bleibt das Gleichgewicht (K_c) unverändert.
Merksatz: Ein Katalysator verändert nicht, wo das Gleichgewicht liegt, sondern nur, wie schnell es erreicht wird. Mehr zur Verschiebung des Gleichgewichts: Prinzip von Le Chatelier.

Was ist der Unterschied zwischen Reaktionsenthalpie ΔH und Aktivierungsenergie E_A?

Die Reaktionsenthalpie ΔH ist der Energieunterschied zwischen Edukten und Produkten – sie beschreibt, ob eine Reaktion exotherm (ΔH < 0) oder endotherm (ΔH > 0) ist. Die Aktivierungsenergie E_A ist die Energiebarriere, die Teilchen überwinden müssen, damit die Reaktion überhaupt abläuft. Ein Katalysator senkt E_A, ändert aber nicht ΔH. Die thermodynamischen Hintergründe zu ΔH findest du in der Energetik: Enthalpie H.

Lernkarten – Schreibweise und Kollisionsmodell

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🔁 Verwandte Seiten: Massenwirkungsgesetz · Prinzip von Le Chatelier · Enthalpie H (Energetik)

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