SUCHERGEBNISSE: 207
Chemie
Sekundarstufe II
Reaktionsgeschwindigkeit & chemisches Gleichgewicht
Chemisches Gleichgewicht
Datum:

Analogie zur quantitativen Betrachtung des Gleichgewichts

Mama vs. Baby: Wettstreit im Kinderzimmer

31.03.2026
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Andreas BöhmGregor von BorstelDavid Weninger
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Die Idee dahinterPDF

Die Idee dahinter

Ziele
Die Analogie ist den Lernenden in Einzelteilen bereits aus der Einführung der Reaktionsgeschwindigkeit bekannt und kann nun als Hilfsmittel dienen, nachfolgend das Massenwirkungsgesetz einzuführen.
Didaktischer Hintergrund

Unsere ursprüngliche Version der Bälleschlacht1 enthielt grundlegende Fehler. Wir haben daher 2025 die Analogie überarbeitet, korrigiert und zudem auch die Schwächen der Betrachtung für eine Modellkritik mit Schülerinnen und Schülern deutlich herausgestellt. Für die Überarbeitung war der Kommentar von Herrn Dr. Kraska2 mit seinen ausführlichen Rechenbeispielen, den Anregungen und korrekten mathematischen Modellierungen sehr hilfreich. Wir möchten uns dafür bei Herrn Dr. Kraska bedanken!

Bei der Verwendung der Begrifflichkeiten und Pfeilsymbole orientieren wir uns an der u. E. konsistenten Empfehlung der AG Terminologie und Symbolik im Chemieunterricht der Fachgruppe Chemieunterricht der GdCH3

Klare Sprache – klares Denken: Chemisches Gleichgewicht verstehen

Zustand und Prozess trennen
Ein chemisches Gleichgewicht ist ein Zustand, kein Vorgang. Präzise Formulierungen wie „… führt zu einem Gleichgewicht“ helfen, diesen Unterschied sichtbar zu machen. Demgegenüber steht die Gleichgewichtseinstellung als Prozess, der zum Zustand hinführt. Diese Trennung ist zentral für ein tragfähiges Verständnis.

Symbolik gezielt einsetzen
Die Symbolik unterstützt diese Differenzierung: Der Harpunenpfeil (⇌) kennzeichnet den Gleichgewichtszustand, während ein einfacher Reaktionspfeil (→) den Einstellungsprozess beschreibt. Der Doppelpfeil sollte ausschließlich für das Nebeneinander von Hin- und Rückreaktion verwendet werden.

Dynamik auf Teilchenebene denken
Im Gleichgewicht bleiben Konzentrationen konstant – dennoch laufen fortwährend Reaktionen ab. Entscheidend ist daher die Formulierung: Hin- und Rückreaktion erfolgen mit gleicher Rate. So wird die Dynamik auf Teilchenebene verständlich, ohne Missverständnisse auf der Stoffebene zu erzeugen.

Beeinflussung präzise beschreiben
Anstelle von „Verschiebung“ empfiehlt sich die Sprache von Störung und (Neu-)Einstellung des Gleichgewichts. Dies ermöglicht eine klare Unterscheidung der Einflüsse von Konzentration, Druck und Temperatur.

Einbettung

Mit der Analogie „Wettstreit im Kinderzimmer“ greifen wir unsere Bildergeschichten zur Visualisierung der Reaktionsgeschwindigkeit auf, lassen dieses Mal aber beide Akteure zur gleichen Zeit gegeneinander antreten.
Erfahrungsgemäß ist die Analogie für Schülerinnen und Schüler – auch additiv zum sogenannten Stechheber-Versuch – sehr hilfreich beim Verständnis der Dynamik eines chemischen Gleichgewichts.

M1

Das Ausgangszenario

Weiteres

Bei unserem ersten Blick ins Kinderzimmer waren Mama oder Baby stets alleine vor Ort. Stellen wir uns nun vor, sie sind gleichzeitig da. Und stellen wir uns vor, Mama kann die blauen Bälle mit einem Knopfdruck zu roten Bällen machen und Baby kann dies wieder umkehren. Das ist auch für uns ganz praktisch, denn so können wir sie gut unterscheiden.

Nehmen wir an, dass die Mutter doppelt so viele Würfe pro Zeiteinheit machen kann wie das Baby. Wie endet der Wettstreit deiner Meinung nach?

Weiteres

Das Ausgangsszenario. 4

Aufgaben

  1. Machen Sie sich mit allen Größen, Formeln & Einheiten aus M2 vertraut.
  2. Betrachten Sie die Fortführung der Bildergeschichte in M3 und …
    1. … ergänzen Sie die fehlenden Berechnungen.
    2. … geben Sie jedem Zeitintervall einen kurzen und prägnanten Titel.
    3. … diskutieren Sie die Verwendung der folgenden vier Symbole →, ⥂, ⇌ (?), ⇌ und erörtern Sie, ob und wenn ja inwiefern die Analogie ein sich einstellendes, dynamisches Gleichgewicht zeigt.
  3. Schon fertig? Dann betrachten Sie M4 und stellen Sie eine begründete Vermutung für den Verlauf des dort beschriebenen Szenarios auf. Prüfen Sie diese rechnerisch.
M2

Annahmen und Formel

Weiteres
  1. Die Konzentration c wollen wir in [Bälle/m³] angeben. Wir starten im ersten Szenario mit 24 blauen Bällen auf der Seite der Mutter und nehmen an, dass der Raum ein Kubikmeter groß ist (V = 1 m³).
  2. Die beiden Geschwindigkeitskonstanten k beschreiben hier eine Anzahl von Würfen pro Sekunde. Pro Wurf können mehrere Bälle erfolgreich geworfen werden.
  3. Die Reaktionsraten v beschreiben jeweils die Anzahl Bälle pro m3, die pro Zeiteintervall von Mama ⟷ Baby  umgewandelt werden.
  4. Die Reaktionsgeschwindigkeit ∆c/∆t beschreibt die Veränderung der Konzentration auf einer Seite in einem Zeitintervall. Es werden „Abfluss“ und „Zufluss“ addiert, allerdings unter der vereinfachten Annahme, dass die Reaktionsraten, die zu Beginn des betrachteten Zeitintervalls gelten, sich für die Dauer des Zeitintervalls nicht ändern.
Weiteres
Anfangskonzentration bei der Mutter
Geschwindigkeitskonstante der Mutter
Reaktionsrate M->B: mit welcher Geschwindigkeit wirft Mama gerade zum Baby?
Reaktionsgeschwindigkeit aus Sicht der Mutter
Veränderung der Konzentration im Zeitintervall
Neue Konzentration am Ende des Intervalls
Anfangskonzentration beim Baby
Geschwindigkeitskonstante des Babys
Reaktionsrate B->M: mit welcher Geschwindigkeit wirft Baby gerade zur Mutter?
Reaktionsgeschwindigkeit aus Sicht des Babys
Veränderung der Konzentration im Zeitintervall
Neue Konzentration am Ende des Zeitintervalls
M3

Betrachten wir den Wettstreit in vier Zeitintervallen hintereinander

Zeitintervall Nr. 1 (Dauer 0,125 s)

→ Mama beginnt.5

Am Zeitpunkt t0 = 0 s legt Mama los. Die anfängliche Reaktionsrate ist groß! Bereits in einem kurzen Zeitintervall6 von nur 0,125 s gelingt es ihr, die Konzentration der blauen Bälle um 6 Bälle/m³ zu verringern, sofern wir vereinfachend annehmend, dass das Baby noch nichts machen kann.

Zeitintervall Nr. 2 (Dauer 1/3 s)

⥂ Es entwickelt sich ein Wettstreit.5

Das Baby kann nun auch agieren. Die Abb. 2 zeigt den Zustand kurz nach Beginn dieses Intervalls. Lassen wir eine Drittel Sekunde vergehen7 und berechnen wir die neue Konzentration am Ende des Intervalls. Gehen wir erneut davon aus, dass die anfänglichen Reaktionsraten über das gesamte Zeitintervall konstant bleiben.

Zeitintervall Nr. 3 (Dauer 1/4 s)

Schauen wir an das Ende des 3 Zeitintervalls …

⇌ (?) zum Beispiel 1/4 s später … 5

Jedes weitere Zeitintervall

⇌ … und am Abend?5

M4

Und anders herum?

Zeitintervall Nr. 1

Alle Bälle drinnen? Das Baby legt los. 5

Am Zeitpunkt t0 = 0 s legt nun das Baby los. Ihm gelingt es in 0,125 s die Konzentration der roten Bälle um 3 Bälle/m³ zu verringern, sofern wir vereinfachend annehmend, dass dieses Mal Mama noch nichts machen kann.

Zeitintervall Nr. 2

Auch hier entwickelt sich ein Wettstreit5

Lassen wir auch hier ein weiteres Zeitintervall – nun von einer Drittel Sekunde – vergehen und berechnen wir, was passiert. Gehen wir erneut davon aus, dass die anfänglichen Reaktionsraten über das gesamte Zeitintervall konstant bleiben.

Jedes weitere Zeitintervall

⇌ Diesen Zustand kennen wir bereits5

Vernetzt denken

  1. M5 zeigt die Kurvenverläufe zu den beiden Szenarien aus M1 und M4. Erkennen Sie eine Ähnlichkeit zu bereits Behandeltem?
M5

Diagramme zur Bälleschlacht

Weiteres

Memo: hier noch die Diagramme einfügen mit Start Baby, Start Mama

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Analogie zur quantitativen Betrachtung des Gleichgewichts
Mama vs. Baby: Wettstreit im Kinderzimmer
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