Prinzip vom kleinsten Zwang

Wenn ein Zwang auf ein System ausgeübt wird, verschiebt sich die Lage des Gleichgewichts.

Zwänge sind Änderungen von:

  • Druck
  • Temperatur
  • Konzentration

Erklärung

Das Prinzip vom kleinsten Zwang besagt:

"Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so, dass die Wirkung des Zwanges minimal wird."

Das bedeutet, dass das chemische System versucht, dem Zwang auszuweichen.

Das macht das System, indem es die Lage des Gleichgewichtes auf die Seite der Produkte oder Edukte verschiebt.

Druckabhängigkeit

Wenn der Druck erhöht wird, läuft die Reaktion verstärkt ab, bei der Stoffe mit kleinem Volumen gebildet werden.

Das kannst du in diesem Modell erkennen:

Die Kugeln, die du hier siehst, können zum Beispiel für \text{NO}_{2}NO2\text{NO}_{2} und \text{N}_{2}\text{O}_{4}N2O4\text{N}_{2}\text{O}_{4} stehen. Also diese Reaktion:

\text{2 NO}_{2}\ \text{(g)} \xrightleftharpoons{} \text{N}_{2}\text{O}_{4}\ \text{(g)}2 NO2 (g)N2O4 (g)\text{2 NO}_{2}\ \text{(g)} \xrightleftharpoons{} \text{N}_{2}\text{O}_{4}\ \text{(g)}

Bei dieser Reaktion hast du auf der linken Seite zwei Moleküle. Auf der rechten Seite hast du nur ein Molekül.

Wenn das System zusammengeschoben wird, entsteht ein hoher Druck. Das Gleichgewicht wird dann auf die rechte Seite (\text{N}_{2}\text{O}_{4}N2O4\text{N}_{2}\text{O}_{4}) verschoben.

Allgemein haben unterschiedliche Gasmoleküle bei gleichem Druck und gleicher Temperatur das gleiche Volumen. Wenn sich jetzt zwei Moleküle zu einem verbinden, dann ist das Volumen also nur noch halb so groß. Das System kann so dem Zwang von außen ausweichen.

Wenn der Druck kleiner wird, verschiebt sich das Gleichgewicht auf die Seite mit dem größeren Volumen. Also hier auf die linke Seite.

Temperaturabhängigkeit

Bei einer Temperaturerhöhung läuft die endotherme Reaktion ab. Diese Reaktion verbraucht die von außen zugeführte Wärme wieder. Das System weicht also dem Zwang (Temperatur) aus.

Wenn die Temperatur gesenkt wird, läuft die exotherme Reaktion ab. Die Reaktion setzt also Wärme frei.

Konzentrationsabhängigkeit

Bei der Konzentrationserhöhung eines Stoffes läuft die Reaktion ab, bei der der Stoff verbraucht wird. Das, was extra zugefügt wird, wird also direkt wieder abgebaut.

Auch gut zu wissen ist: Wenn du eine Rückreaktion verhindern willst, kannst du das Produkt einfach aus dem Reaktionsgemisch entfernen.


Beispiele

Druckerhöhung

Auf welche Seite verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn der Druck bei dieser Reaktion erhöht wird?

\text{2 CO}\ \text{(g)} \xrightleftharpoons{} \text{CO}_{2\ }\text{(g)} + \text{C}\ \text{(s)}2 CO (g)CO2(g)+C (s)\text{2 CO}\ \text{(g)} \xrightleftharpoons{} \text{CO}_{2\ }\text{(g)} + \text{C}\ \text{(s)}

Lösung:

Das Gleichgewicht verschiebt sich bei einer Druckerhöhung auf die rechte Seite. Das liegt daran, dass links insgesamt zwei Gasmoleküle sind und rechts nur eins (Kohlenstoff ist fest und wird nicht mitgezählt). Da ein Molekül weniger Platz braucht als zwei, verschiebt sich das Gleichgewicht zur rechten Seite. Also dahin, wo weniger Moleküle sind.

Temperaturerhöhung

Auf welche Seite verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur bei dieser Reaktion erhöht wird?

\text{2 NO}_{2}\ \text{(g)} \xrightleftharpoons{} \text{N}_{2}\text{O}_{4}\ \text{(g)};\ \Delta H =-58 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}2 NO2 (g)N2O4 (g);ΔH=58kJmol\text{2 NO}_{2}\ \text{(g)} \xrightleftharpoons{} \text{N}_{2}\text{O}_{4}\ \text{(g)};\ \Delta H =-58 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}

Lösung:

Die Hinreaktion ist exotherm. Das heißt, bei der Reaktion zu \text{N}_{2}\text{O}_{4}N2O4\text{N}_{2}\text{O}_{4} wird Wärme frei (58 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}58kJmol58 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}). Die Rückreaktion verbraucht Wärme. Es ist also eine endotherme Reaktion.

Wenn die Temperatur erhöht wird, versucht das System diesem Zwang auszuweichen. Es verbraucht also die Wärme, indem die endotherme Rückreaktion abläuft. Das Gleichgewicht verschiebt sich deshalb nach links. Es werden mehr Edukte gebildet.

Konzentrationserhöhung

Auf welche Seite verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Konzentration von Chlorid-Ionen erhöht wird?

\text{Ag}^+ \text{(aq)} + \text{Cl}^- \text{(aq)} \xrightleftharpoons{} \text{AgCl}\text{ (s)}Ag+(aq)+Cl(aq)AgCl (s)\text{Ag}^+ \text{(aq)} + \text{Cl}^- \text{(aq)} \xrightleftharpoons{} \text{AgCl}\text{ (s)}

Lösung:

Wenn du die Konzentration von einem Stoff erhöhst, dann weicht das System diesem Zwang aus. Es lässt diesen Stoff weiterreagieren, damit er wieder abgebaut wird.

Deshalb verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts. Es wird also mehr Silberchlorid gebildet, um die Chlorid-Ionen abzubauen.

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