LeChatelierPrinzip

LeChatelierprinzip beschreibt, wie sich ein dynamisches chemisches Gleichgewicht bei Störungen verschiebt, um die Wirkung der Störung abzuschwächen. Es ist ein wesentliches, qualitatives Werkzeug zur Vorhersage der Richtung einer Gleichgewichtsverschiebung und hängt von Temperatur, Druck, Volumen und Konzentrationen ab. Der Begriff geht auf den französischen Chemiker Henri Louis Le Chatelier zurück, der ihn im 19. Jahrhundert formalisierte.

Konzentration: Eine Veränderung der Substanzmengen, etwa das Hinzufügen von Reaktanten oder das Entfernen von Produkten, verschiebt das Gleichgewicht in die Richtung, die der Störung entgegenwirkt. Beispiel: N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3; Zugabe von H2 verschiebt das Gleichgewicht nach rechts zugunsten von NH3.

Druck und Volumen: Für gasförmige Reaktionen beeinflusst der Druck die Lage des Gleichgewichts. Höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht in die Richtung mit weniger gasförmigen Teilchen; Verringerung des Volumens hat denselben Effekt. Bei nichtgasförmigen Reaktionen ist der Dichteffekt meist vernachlässigbar.

Temperatur: Die Temperaturänderung verschiebt das Gleichgewicht gemäß der Enthalpieänderung der Reaktion. Eine Temperaturerhöhung verschiebt endotherme Reaktionen nach rechts (Produkte), eine Absenkung nach links. Bei exothermen Reaktionen kehrt sich dieses Muster um. Die Gleichgewichtskonstante K ist temperaturabhängig.

Katalysatoren: Katalysatoren beschleunigen sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsreaktion gleichartig, sie verändern jedoch nicht die Gleichgewichtszusammensetzung, sondern die Geschwindigkeit, mit der das Gleichgewicht erreicht wird.

Mathematisches Bild: In einem Gleichgewicht gilt K = [Produkte]/[Reaktanten] bei konstanter Temperatur. Der Reaktionsquotient Q, der zu einem gegebenen Zeitpunkt berechnet wird, sagt: Q < K verschiebt nach rechts, Q > K verschiebt nach links.

Anwendung und Grenzen: Das Prinzip wird in der chemischen Industrie, Umweltplanung und Lehre genutzt, um Reaktionsbedingungen gezielt zu steuern. Es ist jedoch eine qualitative Orientierung und berücksichtigt Nichtidealitäten, gekoppelte Gleichgewichte und Nebenreaktionen nicht vollständig.