PDA

Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Kp- und Kc-Wert bei Druckänderung in Gleichgewichtsreaktion


Anthrax
28.10.2009, 21:11
Hallo!

Eigentlich simple Frage...

Wenn ein chem. Gleichgewicht durch Druckänderung beeinflusst wird, so ändert sich natürlich der Kc-Wert, allerdings nicht der Kp-Wert.

Da blicke ich nicht ganz durch... wieso ändert sich der Kp-Wert nicht? Ich dachte immer, dass Partialdrücke proportional zu der Stoffmenge sind. Und wenn sich dann die Konzentrationen der Gase bei Drückänderung ändern, muss sich doch auch der Kp-Wert ändern!? Oder sehe ich das falsch!?

Ich gehe übrigens von einer Druckänderung durch Volumenänderung aus, falls das was zur Sache tut. ;)

mfg

Auwi
28.10.2009, 21:51
Hier muß man wahrscheinlich unterscheiden zwischen Gleichgewichten in einphasigen und mehrphasigen Stoffgemischen, insbesondere, wenn Gase mit im Spiel sind.
Einphasige sowohl Gas- als auch Lösungs-Gleichgewichte sind m.E. druckunabhängig. Anders bei zweiphasigen Stoffgemischen, an denen Gase beteiligt sind, denn dann ändern sich ja auch mit dem Druck die Konzentrationen in der Flüssigphase.
Dazu habe ich folgendes gefunden:

Anthrax
30.10.2009, 19:29
Hm... ich glaube, ich verdeutliche nochmal an einem Beispiel, was ich meine. Mein Anfangspost war vll etwas unpräzise formuliert.

Nehmen wir als Beispiel das Gleichgewicht der Ammoniaksynthese:

N2 + 3 H2 \rightleftharpoons 2 NH3

So... nun kann ich für dieses Gleichgewicht Gleichgewichtskonstante Kc mit der wohl bekannten Formel berechnen... soweit ist das ja alles klar.
Man kann auch einen Kp-Wert über die Partialdrücke berechnen, da hier nur Gase vorliegen. Ist mir auch klar...

Nun mein Verständnisproblem:
Ändert man den Druck auf das Gleichgewicht (durch Volumenverminderung), so verändert sich Kc. Das ist ja auch logisch, weil nach Chatelier gilt, dass das Sytem in diesem Fall dem Zwang entgegen wirkt, indem hier die Bildung der Produktseite bevorzugt wird (da NH3 weniger Volumen einnimmt als die Eduktgase).

Gleichzeitig soll sich aber der Kp-Wert nicht verändern!? Im Gegenteil: Bei Druckerhöhung weicht das System auf die Seite des geringeren Volumens aus, bis sich die Partialdrücke wieder eingestellt haben (--> so habe ich die Definition gefunden).
Ich verstehe nun einfach nicht, wieso sich die Partialdrücke wieder einstellen und warum Kp konstant bleibt!? Das kann doch gar nicht sein, wenn sich die KOnzentrationen der Gase ändern!? Immerhin werden doch bei Druckerhöhung mehr NH3-Teilchen gebildet, was doch auch dazu führen muss, dass NH3 einen größeren Partialdruck hat!?

Irgendwo habe ich einen Logikfehler... oder so. ^^ Ich bitte um Aufklärung, wenn jemand das da oben nachvollziehen kann. :D

LG

Anthrax
30.10.2009, 20:44
Wir haben in der Vorlesung folgendes zur "Beeinflussung von Gleichgewichtslagen" notiert...

DRUCK (bei Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind UND die Volumina von Edukt und Produkt unterschiedlich sind)

--> Erhöhung/Erniedrigung ---> Ausweichen auf die Seite des geringeren/größeren Volumens, bis sich die Partialdrücke wieder eingestellt haben.

- Kp verändert sich NICHT
- Kc verändert sich



Dann muss daran ja grundlegend etwas falsch sein!?

Auwi
30.10.2009, 21:15
Nun mein Verständnisproblem:
Ändert man den Druck auf das Gleichgewicht (durch Volumenverminderung), so verändert sich Kc. Das ist ja auch logisch, weil nach Chatelier gilt, dass das Sytem in diesem Fall dem Zwang entgegen wirkt, indem hier die Bildung der Produktseite bevorzugt wird (da NH3 weniger Volumen einnimmt als die Eduktgase).

Da liegt schon ein Trugschluß vor. Beide Gleichgewichtskonstanten bleiben konstant (sonst wären es ja keine Konstanten). Die Konzentrationen bzw Partialdrucke verändern sich so, daß wieder die gleiche Konstante herauskommt.
Dein Beispiel: N_2+3H_2\rightarrow 2 NH_3 habe eine K_c = 1,28({l\over mol})^2 bei einer bestimmten Temperatur.
Nehmen wir mal weiter an wir hätten in 1 l Volumen 1mol N2 und 1 mol H2 hineingegeben, dann würden im Gleichgewicht vorhanden sein, wenn wir mal c(NH3) = x setzen und die Einheiten weglassen:
N2 = (1-0,5x) und H2 = (1-1,5x) Daraus läßt sich die Gleichgewichtskonzentration bestimmen.
1,28={x^2\over (1-0,5x)\cdot (1-1,5x)^3} was x = 0,345 ergibt.
Damit betragen die Gleichgewichtskonzentrationen:
N2 = 0,8275 H2 = 0,4825 NH3 = 0,345
Probe: {0,345^2\over 0,8275\cdot 0,4825^3}= 1,28
Wenn Du jetzt irgendeinen Wert änderst, ändern sich die anderen entsprechend, und es kommt wieder die gleiche Gleichgewichtskonstante heraus, auch wenn sich das Gleichgewicht verschiebt ! Das gleiche gilt für Kp !

Anthrax
30.10.2009, 21:28
Danke für das ausführliche Beispiel erstmal...


Erscheint mir auch sehr logisch! Aber dann wäre eine Ausdruck wie "Kc ändert sich hier" doch sowieso quatsch... !? Weil Kc ja auch gleich bleibt bei Druckänderung!?

Sorry, aber ich bin gerade echt total verwirrt hier. Ich dachte Kc gibt die Lage des Gleichgewichts an... Und wenn sich die Gleichgewichtslage verschiebt, muss sich doch auch Kc ändern?!

Anthrax
30.10.2009, 22:05
Nun.. ich empand es bis jetzt aber immer ganz logisch, dass ich Kc ändert...

K_c \ = \ \frac {c^2(NH_3)}{c^3 (H_2) \ c(N_2) }

Erhöhe ich den Druck, steigt folglosch c(NH3) und die Konzentration der Eduktseite sinkt, weil sich ja das Gleichgewicht verändert. Da nun Zähler steigt und Nenner kleiner wird, ändert sich Kc auch deutlich.

Das gleiche bei Temperaturerhöhung und Temperaturerniedrigung...

Auwi
30.10.2009, 22:17
ändert sich Kc auch deutlich.

Das gleiche bei Temperaturerhöhung und Temperaturerniedrigung...

Wenn Du den ersten Satz weiterhin meinst, dann ist Dir eben nicht zu helfen.
Du verwechselst die "Lage des Gleichgewichts" mit der "Gleichgewichtskonstanten". Das sind verschiedene Dinge.
Der zweite Satz ist was ganz anderes. Natürlich sind die Gleichgewichtskonstanten temperaturabhängig.

Anthrax
30.10.2009, 22:35
Sie vermischen zwei Effekte:

1. Die durch die Druckerhöhung hervorgerufene Erhöhung aller Konzentrationen, die zu einer Störung des Gleichgewichts führt

und

2. Die Konzentrationsänderungen ( Zunahme beim Produkt und Abnahme bei den Edukten ) , die sich im Verlauf der Reaktion ergeben, die zu einer Neueinstellung des Gleichgewichts führt.




Ja... aber nach der Einstellung des neuen Gleichgewichts, ist doch auch K anders? Eben weil es eine neue Einstellung des Gleichgewichts vorliegt... und dieses K muss sich doch vom ursprünglichen unterscheiden!? Das ist das, was ich mit Änderung von Kc meine...

Auwi
30.10.2009, 22:41
Ich versuche es nochmal:
Nehmen wir an, wir nehmen 2mol/l Wasserstoff und Stickstoff in meinem voranggangenen Beispiel. Dann würde sich natürlich die Menge an gebildetem NH3 vergrößern.
Wenn Du das analog durchrechnest, wären dann 0,857 mol/l NH3 im Gleicgewicht vorhanden. An N2 wären 1,572 mol/l und an H2 0,715mol/l vorhanden.
Die Gleichgewichtskonstante ist aber immer noch 1,28
Du hast dabei nicht berücksichtigt, daß bei Druckerhöhung bzw höherer Konzentration insgesamt ja auch größere Konzentrationen oder Partialdrucke an Edukten vor Einstellung des Gleichgewichtes vorhanden sind, sodaß Du nicht einfach sagen kannst:
mehr Produkt bedeutet auch weniger Edukt. Das Weniger an Edukten ist immer noch mehr als vor der Druckerhöhung bzw Konzentrationserhöhung.

Anthrax
31.10.2009, 01:03
Bei Beeinflussung des Gleichgewichts durch...

1. Temperaturänderung
... ändert sich Kc.

2. Druckerhöhung
... ändern sich Kc und Kp nicht.

(3. Konzentrationsänderung)
ändert sich Kc nicht.


Klingt auch logisch, weil K ja eine temperaturabhängige Konstante ist. Das würde aber heißen, dass sich meine Dozentin da vertan hat, was ich ihr eigentlich nicht unterstellen möchte. :P

Außerdem habe ich da wie ihr ja wohl merken werdet, echt derbe Verständnisprobleme. Habt ihr vielleicht zufällig irgendwelche Aufgabenbeispiele anhand derer ich mir das mal selber angucken kann!?

Ich dachte immer, dass eine Verschiebung eines GGs auch automatisch eine Veränderung von K mit sich zieht. Einfach deswegen, weil ja K die Lage des GGs angibt. Egal, ob sich das auf Gase oder auf Feststoffe bezieht...
Ich kann mir auch nicht erklären was es heißen soll, wenn man sagt " Das GG verschiebt sich bei Druckänderung zu der Seite mit geringerem Volumen " wenn sich K nicht ändert... !?

Sorry, aber ich glaube ich habe das von Anfang an falsch mitbekommen und komme da gerade nicht drauf klar und kann es mir einfach bildlich nicht vorstellen. Habt ihr da vll Aufgaben oder so zum selbst nachrechnen?
Bei der hier geposteten Aufgabe wurde ja lediglich die Konzentration verdoppelt, was wohl einer Erhöhung des Druckes gleich kommt...

lg

Anthrax
31.10.2009, 13:52
Nun gut... nach einer Nacht, die ich drüber geschlafen habe, lässt mich das immer noch nicht los. :D

Also... Wenn ich mal das von Auwi gepostete Beispiel durchrechne, ist es so, dass sich Kc nicht ändert. ^^ D.h. die Konzentrationen stellen sich wieder so ein, dass Kc wieder erreicht wird.

Was heißt es dann aber, wenn man in dem Beispiel sagt "Die Druckänderung bewirkt ein Ausweichen des Systems nach rechts"? Man bekommt zwar mengenmäßig mehr NH3, aber die Edukte werden ja auch mehr?! Im Endeffekt hat man doch dann nur die Konzentrationen sozusagen erhöht und nicht wirklich das Verhältnis zueinander geändert.

Ich hatte mir das bis jetzt immer so vorgestellt:
Wenn ich 10.000 Moleküle N2, 30.000 Moleküle H2 und 20.000 Moleküle NH3 im Gleichgewicht habe und den Druck dann sehr stark erhöhe, hätte ich doch irgendwann zB noch 5.000 MoleküleN2, 15.000 Moleküle H2 und halt 30.000 NH3, wenn sich das GG neu einstellt, weil es dem Zwang ja ausweicht, indem mehr NH3 gebildet wird. D.h. ich habe mehr Produkt. Die Konzentrationen der Edukte sind vll durch die Volumenabnahme des Systems auch gestiegen, aber die Konzentration der Produkte verhältnismäßig doch viel, viel mehr. Und genau das habe ich immer als eine "Verschiebung des Gleichgewichts" bezeichnet. Nur dachte ich auch, dass sich die Konzentrationen dann genauso ändern halt...

Anthrax
31.10.2009, 16:07
Gut...

mir fällt es aber irgendwie immer noch schwer zu begreifen, wieso sich die direkten Verhältnisse der Konzentrationen ändern, aber Kc nicht. Ich dachte Kc wäre das direkte Verhältnis der Konzentrationen von Produkten zu Edukten.

Noch einmal zu Auwis Beispiel:

- 1 mol/l Stickstoff und 1mol/l Wasserstoff ergibt sich im GG:

N2 --> 0,8275 mol/l
H2 --> 0,4825 mol/l
NH3 --> 0,345 mol/l

- Bei 2 mol/l der Edukte ergibt sich...

N2 --> 1,572 mol/l
H2 --> 0,715 mol/l
NH3 --> 0,857 mol/l


Bei beiden beträgt Kc = 1,278. Das Verhältnis N2/NH3 in Beispiel1 beträgt dann 0,8275/0,345 = 2,39. In Beispiel 2 beträgt es 1,834. Ähnlich ist es bei H2. D.h. in Beispiel 2 liegt verhältnismäßig mehr Produkt vor.
Wie kommt es dann, dass sich Kc nicht ändert? Das muss ja durch die Formel begründet sein...

http://upload.wikimedia.org/math/4/b/4/4b4ff1a44f1cd8ff5afbd842e750e994.png

Wieso ist die Lage des Gleichgewichts (also Kc) in beiden Beispielen gleich? Das es so ist, ergibt sich hier ja beim Rechnen und das akzeptiere ich auch. Aber wieso es so ist, verstehe ich nicht ganz... Wenn K die Lage des GGs angibt und die Lage in Beispiel 2 nunmal weiter rechts ist, muss doch K auch größer werden. Es ist nicht so, weil Zähler und Nenner beide gleichzeitig größer werden, weil ja Druck erhöht bzw. Volumen verringert bzw. Konzentraion erhöht wird. ^^ Wie auch immer... aber meine Logik sagt mir, dass die Lage nunmal weiter rechts ist und K dann auch anders sein müsste.

Anthrax
31.10.2009, 17:09
Was denn noch? ^^ Es fließen doch in die Berechnung nur die Konzentrationen der einzelnen Komponenten ein...

Anthrax
31.10.2009, 19:59
Naja... ne, ist ja gut. ^^ Fällt nur schwer das einzusehen, wenn man 2 Jahre vom Gegenteil überzeugt war.

Ich werde das mal so meiner Dozentin vortragen und gucken, was dabei rauskommt. Ich werde das Ergebnis dann hier mal posten, falls Interesse bestehen sollte.

Ansonsten vielen Dank für eure Mühen und Geduld (!), mir das hier so zu erklären. ;) Finde ich nicht selbstverständlich.

Schönes Wochenende!

Lg