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2026-07-27T12:38:28Z

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= Einleitung =

Das '''chemische Gleichgewicht''' beschreibt den Zustand einer umkehrbaren Reaktion, in dem [[Hinreaktion]] und [[Rückreaktion]] gleich schnell ablaufen. Nach außen wirkt die Reaktion dann ruhig: Die Konzentrationen der beteiligten Stoffe bleiben konstant. Auf Teilchenebene reagieren die Stoffe jedoch weiter. Deshalb spricht man von einem '''dynamischen Gleichgewicht'''.

[[Datei:Equilibrium.svg|250px|rahmenlos|center]]

In diesem aiMOOC lernst Du, Gleichgewichte auf Stoff- und Teilchenebene zu erklären, das [[Massenwirkungsgesetz]] anzuwenden und mithilfe des [[Prinzip von Le Chatelier|Prinzips von Le Chatelier]] vorherzusagen, wie ein System auf Änderungen von Konzentration, Druck und Temperatur reagiert. Als technische Anwendung untersuchst Du das [[Haber-Bosch-Verfahren]].

'''Sicherheit:''' Einige bekannte Demonstrationen arbeiten mit giftigem Stickstoffdioxid oder krebserzeugenden Chromat-Verbindungen. Die entsprechenden Bilder dienen hier nur der Erklärung. Solche Versuche dürfen ausschließlich fachgerecht durch Lehrkräfte mit geeigneter Schutzausrüstung und im Abzug durchgeführt werden.

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= Grundlagen =

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== Umkehrbare Reaktionen ==

Viele Reaktionen laufen nicht nur von den Edukten zu den Produkten. Auch die Produkte können wieder zu Edukten reagieren. Eine solche [[Reversible Reaktion|umkehrbare Reaktion]] wird mit einem Gleichgewichtspfeil dargestellt:

:<math>\mathrm{aA+bB \rightleftharpoons cC+dD}</math>

In einem geschlossenen System nimmt anfangs meist die Geschwindigkeit der Hinreaktion ab, weil Edukte verbraucht werden. Gleichzeitig entstehen Produkte, sodass die Rückreaktion schneller wird. Schließlich sind beide Geschwindigkeiten gleich groß.

[[Datei:Dynamic equilibrium.png|500px|rahmenlos|center]]

Wichtig: Im Gleichgewicht sind die Konzentrationen '''konstant''', aber nicht unbedingt '''gleich groß'''. Auch die Reaktionsgeschwindigkeiten sind gleich, nicht die Stoffmengen.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=bev7-jpBpFg |500|center}}

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== Beobachtbare Gleichgewichte ==

Beim Gleichgewicht zwischen braunem Stickstoffdioxid und farblosem Distickstofftetraoxid verändert sich die Farbe mit der Temperatur:

:<math>\mathrm{2\,NO_2(g) \rightleftharpoons N_2O_4(g)}</math>

[[Datei:NO2-N2O4.jpg|400px|rahmenlos|center]]

Auch das Chromat-Dichromat-Gleichgewicht zeigt eine Farbänderung. Gelbes Chromat und orangefarbenes Dichromat stehen abhängig vom pH-Wert miteinander im Gleichgewicht.

[[Datei:Chromate dichromate equilibrium.png|500px|rahmenlos|center]]

Solche Farbänderungen machen eine Verschiebung sichtbar. Sie bedeuten nicht, dass die jeweils andere Stoffart vollständig verschwunden ist.

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= Das Massenwirkungsgesetz =

Für die allgemeine Reaktion

:<math>\mathrm{aA+bB \rightleftharpoons cC+dD}</math>

lautet die schulische Konzentrationsform des [[Massenwirkungsgesetz|Massenwirkungsgesetzes]]:

:<math>K_c=\frac{c(\mathrm{C})^c\cdot c(\mathrm{D})^d}{c(\mathrm{A})^a\cdot c(\mathrm{B})^b}</math>

Die Konzentrationen der Produkte stehen im Zähler, die der Edukte im Nenner. Die stöchiometrischen Koeffizienten werden zu Exponenten. Für eine bestimmte Reaktion ist <math>K_c</math> bei fester Temperatur konstant.

# '''<math>K_c \gg 1</math>''': Im Gleichgewicht überwiegt die Produktseite.
# '''<math>K_c \ll 1</math>''': Im Gleichgewicht überwiegt die Eduktseite.
# '''<math>K_c \approx 1</math>''': Edukte und Produkte liegen in vergleichbaren Größenordnungen vor.

In der vereinfachten Schulrechnung werden Stoffmengenkonzentrationen eingesetzt. Thermodynamisch wird die Gleichgewichtskonstante mit dimensionslosen Aktivitäten formuliert.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=7OilN0wLdPo |500|center}}

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== Beispielrechnung ==

Für die Reaktion

:<math>\mathrm{A+B \rightleftharpoons C}</math>

seien im Gleichgewicht <math>c(\mathrm{A})=0{,}50\,mol\,L^{-1}</math>, <math>c(\mathrm{B})=0{,}25\,mol\,L^{-1}</math> und <math>c(\mathrm{C})=1{,}00\,mol\,L^{-1}</math>. Dann gilt:

:<math>K_c=\frac{c(\mathrm{C})}{c(\mathrm{A})\cdot c(\mathrm{B})}
=\frac{1{,}00}{0{,}50\cdot 0{,}25}=8{,}0</math>

Der Wert größer als eins zeigt: Unter diesen Bedingungen ist die Produktseite begünstigt.

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== Reaktionsquotient Q ==

Der [[Reaktionsquotient]] <math>Q</math> hat dieselbe Form wie das Massenwirkungsgesetz, wird aber mit den Konzentrationen eines beliebigen Zeitpunkts berechnet.

# '''<math>Q<K_c</math>''': Die Hinreaktion überwiegt, bis ein neues Gleichgewicht erreicht ist.
# '''<math>Q>K_c</math>''': Die Rückreaktion überwiegt.
# '''<math>Q=K_c</math>''': Das System befindet sich im Gleichgewicht.

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= Verschiebung des Gleichgewichts =

Das [[Prinzip von Le Chatelier]], auch Prinzip vom kleinsten Zwang genannt, hilft bei qualitativen Vorhersagen: Wird ein System im Gleichgewicht gestört, stellt sich ein neues Gleichgewicht ein, das die Wirkung der Störung teilweise abschwächt.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=ja3qj3_iAS0 |500|center}}

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== Konzentration ==

Wird ein Edukt hinzugegeben, wird seine Konzentration durch verstärkte Produktbildung teilweise wieder gesenkt. Wird ein Produkt entfernt, bildet das System weiteres Produkt nach. Die Gleichgewichtskonstante bleibt bei unveränderter Temperatur gleich; nur die Gleichgewichtszusammensetzung ändert sich.

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== Druck und Volumen ==

Druckänderungen sind vor allem bei Gasgleichgewichten wichtig. Eine Druckerhöhung durch Volumenverkleinerung begünstigt die Seite mit weniger gasförmigen Teilchen. Sind auf beiden Seiten gleich viele Gasteilchen vorhanden, entsteht durch eine reine Druckänderung keine bevorzugte Richtung.

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== Temperatur ==

Die Temperatur ist besonders wichtig, weil sie nicht nur die Gleichgewichtslage, sondern auch den Wert der Gleichgewichtskonstante verändert.

# Bei einer Temperaturerhöhung wird die '''endotherme''' Richtung begünstigt.
# Bei einer Temperatursenkung wird die '''exotherme''' Richtung begünstigt.

Du kannst Wärme gedanklich wie einen beteiligten Stoff behandeln: Bei einer exothermen Hinreaktion steht Wärme auf der Produktseite, bei einer endothermen Hinreaktion auf der Eduktseite.

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== Katalysator ==

Ein [[Katalysator]] senkt die Aktivierungsenergie und beschleunigt Hin- und Rückreaktion. Dadurch wird das Gleichgewicht schneller erreicht. Der Katalysator verändert jedoch weder <math>K_c</math> noch die Gleichgewichtslage.

[[Datei:Aktivierungsenergie mit und ohne Katalysator.jpg|500px|rahmenlos|center]]

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= Anwendung: Haber-Bosch-Verfahren =

Beim [[Haber-Bosch-Verfahren]] wird Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff hergestellt:

:<math>\mathrm{N_2(g)+3\,H_2(g)\rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}</math>

Die Hinreaktion ist exotherm. Hoher Druck begünstigt die Ammoniakbildung, weil aus vier gasförmigen Teilchenportionen zwei werden. Eine niedrige Temperatur würde die Gleichgewichtsausbeute erhöhen, die Reaktion aber verlangsamen. Deshalb nutzt die Industrie einen technischen Kompromiss aus erhöhter Temperatur, hohem Druck und einem eisenhaltigen Katalysator. Ammoniak wird aus dem Gasgemisch entfernt; nicht umgesetzter Stickstoff und Wasserstoff werden zurückgeführt.

[[Datei:Haber-Bosch.svg|600px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Ammoniak Reaktor BASF.jpg|450px|rahmenlos|center]]

Das Beispiel zeigt den Unterschied zwischen '''Thermodynamik''' und [[Reaktionskinetik]]: Die Gleichgewichtslage bestimmt die mögliche Zusammensetzung, die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt, wie schnell sie erreicht wird.

[[Datei:Potential energy diagram for ammonia synthesis.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Zusammenfassung =

Ein chemisches Gleichgewicht ist dynamisch. Hin- und Rückreaktion laufen gleich schnell, während die Konzentrationen konstant bleiben. Das Massenwirkungsgesetz beschreibt die Gleichgewichtszusammensetzung quantitativ. Der Reaktionsquotient zeigt die momentane Reaktionsrichtung. Konzentration, Druck und Temperatur können die Zusammensetzung verändern; nur die Temperatur verändert die Gleichgewichtskonstante. Ein Katalysator beschleunigt die Gleichgewichtseinstellung, verschiebt das Gleichgewicht aber nicht.

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= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Was kennzeichnet ein dynamisches chemisches Gleichgewicht?'''
(Hin- und Rückreaktion laufen gleich schnell ab)
(!Die Reaktion ist vollständig beendet)
(!Alle Konzentrationen sind gleich groß)
(!Nur die Rückreaktion läuft weiter)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bleibt im Gleichgewicht bei fester Temperatur makroskopisch konstant?'''
(Die Konzentrationen der beteiligten Stoffe)
(!Die Zahl aller Teilchen in jedem einzelnen Moment)
(!Die Aktivierungsenergie)
(!Die Stoffmengen müssen alle gleich sein)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wo stehen im Massenwirkungsgesetz die Konzentrationen der Produkte?'''
(Im Zähler)
(!Im Nenner)
(!Außerhalb des Bruchs)
(!Sie werden nicht berücksichtigt)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bedeutet Kc deutlich größer als eins?'''
(Die Produktseite ist im Gleichgewicht begünstigt)
(!Die Eduktseite ist im Gleichgewicht begünstigt)
(!Die Reaktion kann nicht rückwärts laufen)
(!Ein Katalysator ist zwingend vorhanden)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aussage gilt für Q kleiner als Kc?'''
(Die Hinreaktion überwiegt zunächst)
(!Die Rückreaktion überwiegt zunächst)
(!Das System ist sicher im Gleichgewicht)
(!Die Gleichgewichtskonstante wird null)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Richtung wird bei einer Temperaturerhöhung begünstigt?'''
(Die endotherme Richtung)
(!Immer die Produktseite)
(!Immer die Eduktseite)
(!Die Richtung mit mehr Flüssigkeit)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wohin verschiebt sich ein Gasgleichgewicht bei Druckerhöhung?'''
(Zur Seite mit weniger gasförmigen Teilchen)
(!Zur Seite mit mehr gasförmigen Teilchen)
(!Immer zur Produktseite)
(!Immer zur exothermen Seite)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bewirkt ein Katalysator im Gleichgewichtssystem?'''
(Er beschleunigt das Erreichen des Gleichgewichts)
(!Er vergrößert die Gleichgewichtskonstante)
(!Er verschiebt das Gleichgewicht zur Produktseite)
(!Er stoppt die Rückreaktion)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum begünstigt hoher Druck beim Haber-Bosch-Verfahren die Ammoniakbildung?'''
(Auf der Produktseite liegen weniger Gasteilchen vor)
(!Ammoniak wirkt als Katalysator)
(!Die Hinreaktion wird dadurch endotherm)
(!Stickstoff wird bei hohem Druck verbraucht)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Größe verändert bei einer Gleichgewichtsreaktion den Wert von Kc?'''
(Die Temperatur)
(!Die Katalysatormenge)
(!Die Anfangskonzentration allein)
(!Das Rühren allein)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Dynamisches Gleichgewicht || Gleiche Geschwindigkeit beider Reaktionsrichtungen
|-
| Gleichgewichtskonstante || Kennzahl für die Lage einer Reaktion
|-
| Reaktionsquotient || Momentaner Vergleichswert aus Konzentrationen
|-
| Katalysator || Schnellere Einstellung durch niedrigere Aktivierungsenergie
|-
| Temperaturerhöhung || Begünstigung der endothermen Richtung
|-
| Druckerhöhung || Bevorzugung der Seite mit weniger Gasteilchen
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Wirkung auf das System
|-
| '''Edukt hinzufügen'''
| Verstärkte Bildung von Produkten
|-
| '''Produkt entfernen'''
| Nachbildung des entfernten Stoffes
|-
| '''Gasdruck erhöhen'''
| Begünstigung der Seite mit weniger Gasteilchen
|-
| '''Temperatur erhöhen'''
| Begünstigung der endothermen Richtung
|-
| '''Katalysator zusetzen'''
| Schnelleres Erreichen des Gleichgewichts

|}
{{E}}

<br>
Ordne jede Veränderung ihrer typischen Wirkung zu. Prüfe anschließend, ob die Vorhersage für eine konkrete Reaktionsgleichung wirklich anwendbar ist.
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Dynamisch || Wie nennt man ein Gleichgewicht, in dem beide Reaktionsrichtungen weiterlaufen?
|-
| Katalysator || Welcher Stoff beschleunigt die Gleichgewichtseinstellung, ohne die Lage zu verändern?
|-
| Konzentration || Welche Größe beschreibt die Stoffmenge pro Volumen?
|-
| Temperatur || Welche Zustandsgröße verändert den Wert der Gleichgewichtskonstante?
|-
| Ammoniak || Welches Produkt entsteht beim Haber-Bosch-Verfahren?
|-
| Quotient || Welcher Begriff ergänzt das Wort Reaktions zu einer Größe für den momentanen Zustand?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Chemisches+Gleichgewicht+Chemie </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Ein chemisches Gleichgewicht ist { dynamisch }. Im Gleichgewicht sind die Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion { gleich }. Die Konzentrationen der beteiligten Stoffe bleiben dabei { konstant }. Das Massenwirkungsgesetz enthält die Konzentrationen der Produkte im { Zähler }. Ist der Reaktionsquotient kleiner als die Gleichgewichtskonstante, überwiegt die { Hinreaktion }. Eine Druckerhöhung begünstigt bei Gasreaktionen die Seite mit { weniger } Gasteilchen. Eine Temperaturerhöhung begünstigt die { endotherme } Richtung. Ein Katalysator verändert nicht die { Gleichgewichtslage }.
</quiz>

<br>

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= Offene Aufgaben =

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=== Leicht ===
# [[Gleichgewichtspfeil]]: Gestalte eine beschriftete Zeichnung, die Hinreaktion, Rückreaktion und den Gleichgewichtspfeil erklärt.
# [[Teilchenmodell]]: Erstelle zwei Teilchenbilder desselben Systems vor und im Gleichgewicht und erläutere die Unterschiede.
# [[Begriffsnetz]]: Verbinde die Begriffe dynamisch, Konzentration, Reaktionsgeschwindigkeit und geschlossenes System in einer Mindmap.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein einminütiges Video, das den Unterschied zwischen Ruhe und dynamischem Gleichgewicht zeigt.

{{BR}}
=== Standard ===
# [[Diagrammanalyse]]: Zeichne ein Zeitdiagramm für die Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion und erkläre den Schnittpunkt.
# [[Massenwirkungsgesetz]]: Entwickle eine Beispielreaktion, stelle den Ausdruck für Kc auf und berechne ihn mit selbst gewählten plausiblen Konzentrationen.
# [[Le Chatelier]]: Erstelle eine Tabelle zu Konzentration, Druck und Temperatur und ergänze zu jedem Faktor ein begründetes Beispiel.
# [[Haber-Bosch-Verfahren]]: Gestalte eine Infografik, die Rohstoffe, Reaktionsbedingungen, Kreislauf und Zielkonflikte des Verfahrens zeigt.

{{BR}}
=== Schwer ===
# [[Reaktionsquotient]]: Erfinde drei Zustände einer Reaktion mit Q kleiner, gleich und größer als Kc und begründe jeweils die erwartete Richtung.
# [[Industrieentscheidung]]: Verfasse eine Empfehlung für die Betriebsleitung einer Ammoniakanlage, in der Du Ausbeute, Geschwindigkeit, Energie und Sicherheit abwägst.
# [[Fachinterview]]: Befrage eine Chemielehrkraft, Laborfachkraft oder eine Person aus der chemischen Industrie zur Bedeutung von Gleichgewichten und dokumentiere das Gespräch.
# [[Modellkritik]]: Untersuche an einer Simulation oder einem selbst gebauten Modell, wo das Prinzip von Le Chatelier hilfreich ist und wo es keine genaue Mengenangabe liefert.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Geschwindigkeitsdiagramm]]: Ein Diagramm zeigt eine fallende Geschwindigkeit der Hinreaktion und eine steigende Geschwindigkeit der Rückreaktion. Erkläre, welche Teilchenvorgänge dahinterstehen und woran Du den Gleichgewichtszeitpunkt erkennst.
# [[Reaktionsquotient berechnen]]: Für <math>\mathrm{A+B\rightleftharpoons C}</math> gilt <math>K_c=4</math>. Berechne für <math>c(\mathrm{A})=1</math>, <math>c(\mathrm{B})=2</math> und <math>c(\mathrm{C})=2</math> den Wert von Q und leite die bevorzugte Richtung ab.
# [[Druckwirkung]]: Vergleiche die Reaktionen <math>\mathrm{N_2+3H_2\rightleftharpoons 2NH_3}</math> und <math>\mathrm{H_2+I_2\rightleftharpoons 2HI}</math>. Begründe, warum eine Druckerhöhung nur bei einer der beiden Reaktionen eine Gleichgewichtsverschiebung erwarten lässt.
# [[Katalysator beurteilen]]: Eine Schülerin behauptet, mehr Katalysator erzeuge im Gleichgewicht mehr Produkt. Prüfe die Aussage und verbessere sie fachsprachlich.
# [[Temperatur und Ausbeute]]: Entwickle für eine exotherme Reaktion eine begründete Strategie, die hohe Ausbeute und ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit miteinander verbindet.
# [[Störungsanalyse]]: Beschreibe für ein ausgewähltes Gleichgewicht nacheinander die Folgen von Eduktzugabe, Produktentfernung und Temperaturänderung. Unterscheide dabei zwischen kurzfristiger Störung und neuem Gleichgewicht.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen überzeugenden Lernnachweis solltest Du:
# das dynamische Gleichgewicht auf Stoff- und Teilchenebene erklären,
# aus einer Reaktionsgleichung einen korrekten Ausdruck für <math>K_c</math> entwickeln,
# <math>K_c</math> und <math>Q</math> berechnen und deuten,
# Verschiebungen durch Konzentration, Druck und Temperatur begründen,
# die Wirkung eines Katalysators korrekt von einer Gleichgewichtsverschiebung unterscheiden,
# den technischen Kompromiss des Haber-Bosch-Verfahrens beurteilen,
# Sicherheits- und Modellgrenzen fachgerecht benennen.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Chemisches_Gleichgewicht </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Chemisches Gleichgewicht - Chemie]]'''
# [[Reversible Reaktion]]
# [[Dynamisches Gleichgewicht]]
# [[Massenwirkungsgesetz]]
# [[Gleichgewichtskonstante]]
# [[Reaktionsquotient]]
# [[Prinzip von Le Chatelier]]
# [[Katalyse]]
# [[Reaktionskinetik]]
# [[Haber-Bosch-Verfahren]]
|}

[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Chemisches Gleichgewicht]]
[[Kategorie:Physikalische Chemie]]
[[Kategorie:Reaktionskinetik]]
[[Kategorie:Sekundarstufe I]]
[[Kategorie:Sekundarstufe II]]
[[Kategorie:Klasse 9-10]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Chemisches Gleichgewicht - Chemie - Versionsgeschichte

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