Chemische Reaktion – die besten Beiträge

Ermöglicht ein Reaktionsgeschwindigkeits-Zeit-Diagramm einen Rückschluss auf die Lage eines chemischen Gleichgewichts?

Hallo zusammen,

ich fragen mich, ob man aus einem Reaktionsgeschwindigkeits-Zeit-Diagramm ablesen kann, auf welcher Seite einer umkehrbaren Reaktion das Gleichgewicht liegt, also ob die Gleichgewichtskonstante K > oder < 1 ist.

Meine Gedanken (am Bsp. Stickstoff und Wasserstoff reagieren zu Ammoniak) dazu sind: Aus 4 Mol werden 2 Mol. Daher sinkt die Reaktionsgeschwindigkeit für die Hinreaktion (also die Ammoniak-Bildung) stärker, als die Geschwindigkeit für die Rückreaktion steigt und das Gleichgewicht wird bei einer niedrigen Geschwindigkeit erreicht. (Bsp.-Diagramm siehe: https://physikbuch.schule/chemical-process.html, runterscrollen bis Punkt 10.4.9)

Betrachte ich das Ganze ausgehend von der Analyse von Ammoniak (drehe ich also Hin- und Rückreaktion um), fangen meine Probeme schon an: es reagieren 2 Mol zu 4 Mol, das bedeutet, dass die Geschwindgikeit der Rückreaktion schneller steigen würde, als die der Hinreaktion sinkt. Meinen obigen Überlegungen nach würde sich dann das Gleichgewicht im Diagramm doch "weiter oben" einstellen, oder?

Mich stört bei dieser Hypothese aber, dass sich nicht das gleiche Gleichgewicht einstellen würde ... Es stellt sich doch immer das gleiche Konzentrationsverhältnis von Edukten zu Produkten ein, da müsste doch auch die Reaktionsgeschwindigkeit im Gleichgewicht (für Hin- und Rückreaktion dann ja gleich) identisch sein, oder?

Ich habe auch versucht, mir ausgehend von der Lage des Gleichgewichts Gedanken zu machen: Wenn das Gleichgewicht bei der Ammoniak-Bildung auf der Eduktseite liegt, würde das doch bedeuten, dass die Geschwindigkeit der Hinreaktion bis zum Gleichgewichtszustand schnell abnimmt und die der Rückreaktion schnell zunimmt, sodass verstärkt Eduktteilchen gebildet werden. Wie das nun aber im Diagramm aussehen müsste ... Spätestens hier bekomme ich einen Knoten im Kopf.

Vielleicht versteht jemand, wo ich Denkfehler begehe, ich habe mich ordentlich selbst verwirrt. Schon jetzt vielen Dank!

chemische Reaktion, chemisches Gleichgewicht, Reaktionsgleichung

Warum hat Entropie die Einheit Joule/Kelvin?

Ich habe in letzter Zeit versucht mir den Begriff der Entropie vertrauter zu machen. Ich verstehe auch grundsätzlich warum die Entropie steigt und wie man diese anwendet.

Was ich jedoch nicht verstehe ist, warum diese Zunahme/Abnahme der "Unordnung" die Einheit Joule/Kelvin (Energie/Temperatur) besitzt.

Ich hatte auch versucht zu verstehen, ob es etwas mit der Wärmekapazität zu tun hat und kam auf folgendes Ergebnis:

Wenn man nicht den ganzen Lösungsweg lesen will, kann man diesen auch erstmal überspringen, da es sehr viel Text ist.

gegeben:

Wasser Wasserstoff Sauerstoff

c: 4,2 kJ/(K*Kg) 14,304 kJ(Kg*K) 0,920 kJ(Kg*K)

M: 18,02 g/mol 1,008 g/mol 15,999 g/mol

2 H2 + 1 O2 -> 2 H2O

ΔT = 10°C

E = c * m * ΔT

m = M*n

-> E = c * M * n * ΔT

E (H2O) = 4,2 kJ/(K*Kg) * 18,02 g/mol * 2 mol * 10K

E (H2O) = 1513,7 J

E (H2) = 14,304 kJ(Kg*K) * (2*1,008 g/mol) * 2 mol * 10K

E (H2) = 576,8 J

E (O2) = 4,2 kJ/(K*Kg) * (2*15,999 g/mol) * 1 mol * 10K

E (O2) = 1343,9 J

-> Es werden 1513,7 J für das Erwärmen von 2 mol Wasser um 10K benötigt.

(20°C->30°C)

Es werden 1920,7 J für das Erwärmen von 2 mol Wasserstoff und 1 mol Sauerstoff um 10K benötigt.

(20°C->30°C)

-----------Reaktionsenthalpie-----------

2 H2 + 1 O2 -> 2 H2O

ΔfHm 2* 0 + 1* 0 -> 2*(-285) [in kJ/mol]

ΔrHm = ∑(ΔfHm Produkte) - ∑(ΔfHm Edukte)

ΔrHm = (2*(-285))-(2*0 + 1*0)

ΔrHm = -570 kJ/mol

-----------Reaktionsentropie------------

2 H2 + 1 O2 -> 2 H2O

ΔfSm 2*131 + 1*205 -> 2* 70 [in J/(mol*K)]

ΔrSm = ∑(ΔfSm Produkte) - ∑(ΔfSm Edukte)

ΔrSm = (2*70)-(2*131 + 1*205)

ΔrSm = -327 J/(mol*K)

--------Freie Reaktionsenthalpie--------(25°C)

T = 298.15K

ΔrGm = ΔrHm -T*ΔrSm

ΔrGm = -570*10^3 J/mol - 298.15K * (-327) J/(mol*K)

ΔrGm = -472.5 kJ/mol

--------Freie Reaktionsenthalpie--------(35°C)

T = 308.15K

ΔrGm = ΔrHm -T*ΔrSm

ΔrGm = -570*10^3 J/mol - 308.15K * (-327) J/(mol*K)

ΔrGm = -469.23 kJ/mol

(Lösungsweg Ende)

Es werden 3,270 kJ bei einer Temperaturänderung von 10°C bei der Reaktion weniger frei.

Das Erhitzen von Wasser um 10°C benötigt jedoch nur 0,407 kJ weniger Energie.

-> Erst erwärmen und dann umwandeln

-> 1,9207 kJ + -469.23 kJ = -467,31 kJ

-> Erst umwandeln und dann erwärmen

-> -472.5 kJ + 1,5137 kJ = -471 kJ

Ich wollte nun wissen, warum ich unterschiedlich viel Energie benötige, je nach dem in welcher Reihenfolge diese "Prozesse" stattfinden. Da Energie nicht vernichtet werden kann. Habe ich mich verrechnet, etwas übersehen oder wohin geht die Energie? Oder stellt Entropie mit der Einheit etwas ganz anderes dar?

Ich bedanke mich jetzt schonmal dafür, dass ihr euch für mich die Zeit nehmt und velen Dank für Antworten.

Entropie, Physik, chemische Reaktion, Wärmekapazität

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