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Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Chemisches Gleichgewicht - Chemie

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.

In diesem aiMOOC lernst Du, Gleichgewichte auf Stoff- und Teilchenebene zu erklären, das Massenwirkungsgesetz anzuwenden und mithilfe des 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.

Grundlagen

Umkehrbare Reaktionen

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

a A + b B ⇌ c C + d D

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.

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

Beobachtbare Gleichgewichte

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

2 N O_{2} (g) ⇌ N_{2} O_{4} (g)

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

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

Das Massenwirkungsgesetz

Für die allgemeine Reaktion

a A + b B ⇌ c C + d D

lautet die schulische Konzentrationsform des Massenwirkungsgesetzes:

K_{c} = \frac{c (C)^{c} \cdot c (D)^{d}}{c (A)^{a} \cdot c (B)^{b}}

Die Konzentrationen der Produkte stehen im Zähler, die der Edukte im Nenner. Die stöchiometrischen Koeffizienten werden zu Exponenten. Für eine bestimmte Reaktion ist $K_{c}$ bei fester Temperatur konstant.

$K_{c} ≫ 1$ : Im Gleichgewicht überwiegt die Produktseite.
$K_{c} ≪ 1$ : Im Gleichgewicht überwiegt die Eduktseite.
$K_{c} \approx 1$ : Edukte und Produkte liegen in vergleichbaren Größenordnungen vor.

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

Beispielrechnung

Für die Reaktion

A + B ⇌ C

seien im Gleichgewicht $c (A) = 0,50 m o l L^{- 1}$ , $c (B) = 0,25 m o l L^{- 1}$ und $c (C) = 1,00 m o l L^{- 1}$ . Dann gilt:

K_{c} = \frac{c (C)}{c (A) \cdot c (B)} = \frac{1,00}{0,50 \cdot 0,25} = 8,0

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

Reaktionsquotient Q

Der Reaktionsquotient $Q$ hat dieselbe Form wie das Massenwirkungsgesetz, wird aber mit den Konzentrationen eines beliebigen Zeitpunkts berechnet.

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle Q<K_c} : Die Hinreaktion überwiegt, bis ein neues Gleichgewicht erreicht ist.
Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle Q>K_c} : Die Rückreaktion überwiegt.
$Q = K_{c}$ : Das System befindet sich im Gleichgewicht.

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.

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.

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.

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.

Katalysator

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und beschleunigt Hin- und Rückreaktion. Dadurch wird das Gleichgewicht schneller erreicht. Der Katalysator verändert jedoch weder $K_{c}$ noch die Gleichgewichtslage.

Anwendung: Haber-Bosch-Verfahren

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

N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⇌ 2 N H_{3} (g)

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.

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

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.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

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)

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)

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

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)

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)

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

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)

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)

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)

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

Memory

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

Drag and Drop

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

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

Kreuzworträtsel

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?

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Lückentext

Offene Aufgaben

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.

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.

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.

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 $A + B ⇌ C$ gilt $K_{c} = 4$ . Berechne für $c (A) = 1$ , $c (B) = 2$ und $c (C) = 2$ den Wert von Q und leite die bevorzugte Richtung ab.
Druckwirkung: Vergleiche die Reaktionen $N_{2} + 3 H_{2} ⇌ 2 N H_{3}$ und $H_{2} + I_{2} ⇌ 2 H I$ . 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.

Lernnachweis

Für einen überzeugenden Lernnachweis solltest Du:

das dynamische Gleichgewicht auf Stoff- und Teilchenebene erklären,
aus einer Reaktionsgleichung einen korrekten Ausdruck für $K_{c}$ entwickeln,
$K_{c}$ und $Q$ 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.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Chemisches Gleichgewicht - Chemie

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Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.