Ein kurzer historischer Rückblick
Schon länger bekannt
Schon in den Jahren ab 1861 untersuchten die Franzosen Marcelin Berthelot und Péan de Saint-Gilles die Reaktion von Säuren mit Alkoholen zu Estern und umgekehrt und erkannten, dass beide Systeme auf einen gemeinsamen Gleichgewichtszustand hinauslaufen.
Wenig später bestimmten die Norweger Cato Guldberg und Peter Waage die Konzentrationen von Stoffe im Gleichgewicht, die sie damals noch „wirkende Massen“ nannten und belegten den Gedanken des sich einstellenden Gleichgewichts.1
Zunächst deutete man diesen Zustand allerdings als eine Art Stillstand. Man dachte, die Reaktionen kommt zum Erliegen.
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Zwei norwegische Chemiker sprechen von wirkenden Massen.2
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Erst Ende des 19 Jahrhunderts setzte sich die Vorstellung durch: Ein chemisches Gleichgewicht ist dynamisch. Hin- und Rückreaktion laufen weiter ab – allerdings mit gleicher Geschwindigkeit.
Ein Modellversuch mit zwei Messzylindern kann dir das dynamische chemische Gleichgewicht begreifbar machen.
Aufgaben
- Führen Sie den Modellversuch gemäß der Anleitung in Partnerarbeit durch.
- Notieren Sie Ihre Ergebnisse in der Auswertungshilfe.
- Erstellen Sie einen Screenshot der Grafen und markieren Sie im Diagramm die Stelle, an der ihrer Meinung nach das Gleichgewicht erreicht ist.
- Erklären Sie unter Verweis auf das Modellexperiment, was man unter einem dynamischen Gleichgewicht versteht.
Modellversuch zur Dynamik des chemischen Gleichgewichts
Was wir schon wissen
Viele Reaktionen verlaufen hin und zurück:
Die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion unterscheiden sich zunächst:
Aber irgendwann verlaufen Hin- und Rückreaktion gleich schnell. Es stellt sich ein sogenanntes dynamisches Gleichgewicht ein:
Warum man dies ein dynamisches Gleichgewicht nennt, soll in diesem Modellversuch veranschaulicht werden.
Materialien
- 2 Messzylinder 50 mL
- 2 Glasrohre
- mit unterschiedlichem Durchmesser
Chemikalien
-
Wasser
- mit Lebensmittelfarbe eingefärbt
Aufbau und Durchführung
- Der Messzylinder, der modellhaft für die Edukte steht, wird mit 50 mL gefärbtem Wasser befüllt.
- Nun wird 20 Mal aus diesem Messzylinder mit einem Glasrohr Flüssigkeit entnommen, indem man das Glasrohr auf den Boden des Messzylinders stellt und das obere Ende des Glasrohrs mit dem Daumen verschließt. Die Flüssigkeit wird in den Messzylinder Produkte überführt.
- Gleichzeitig(!) wird 20 Mal mit dem zweiten Glasrohr die Flüssigkeit vom zunächst leeren Messzylinder Produkte in den Messzylinder Edukte befördert.
- Wichtig ist, dass für jeden Flüssigkeitsaustausch immer das gleiche Rohr in den gleichen Zylinder gestellt wird. Beispielsweise wird immer das Rohr mit dem größeren Durchmesser im Zylinder Edukte gefüllt und im Zylinder Produkte entleert.
Entsorgen und Aufräumen
-
Reste in den Ausguss geben und mit Wasser nachspülen.
-
Alle verunreinigten Labormaterialien spülen.
-
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.
Auswertungshilfe
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Tiefergehende Auswertung
- Übertragen Sie das Modell auf den Versuch zur Veresterung bzw. Esterspaltung. Ergänzen Sie dazu folgende Satzanfänge:
- Der Flüssigkeitsspiegel in Messzylinder Edukte steht für …
- Der Flüssigkeitsspiegel im Messzylinder Produkte steht für …
- Die Flüssigkeitsmenge in den Rohren entspricht …
- Der Durchmesser des … Rohres symbolisiert …
- Erklären Sie, warum im Gleichgewichtszustand die Konzentration der Edukte und Produkte nicht gleich sein kann. Nutzen Sie dafür M3.
- Stellen Sie begründete Vermutungen auf, welche Versuchsergebnisse man erhält, wenn man die Glasrohre vertauscht nutzen würde. Prüfen Sie Ihre Vermutung ggf. anhand von Messergebnissen anderer Gruppen.
- Fassen Sie die Erkenntnisse der heutigen Einheit zusammen.
Weitergehende Gedanken
Ist dir das Wort Enthalpie noch unbekannt, kannst du es hier durch Energie ersetzen, ohne einen Fehler zu machen.
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Enthalpiediagramm Hinreaktion.
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Enthalpiediagramm Rückreaktion.
Vergleiche die Höhe der Aktivierungsenergien in beiden Diagrammen Abb. 2 und Abb. 3.
Dann vergleiche in Abb. 4 die Höhen und die farbig markierten Flächen unter den Kurven und erläutere ihre Bedeutung. Stelle einen Zusammenhang zum Modellversuch her – Tipp: dort sind nur zwei von drei Momenten gezeigt.
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Boltzmann-Verteilung und Stechheberversuch im Zusammenhang. 3