Prinzip von Le Chatelier einfach erklärt: Verschiebung

Stell dir vor, du sitzt mit deinen Freunden auf einer großen Wippe, die perfekt im Gleichgewicht ist. Plötzlich springt eine weitere Person auf deine Seite. Was passiert? Die Wippe kippt. Um das Gleichgewicht wiederherzustellen, muss jemand von deiner Seite auf die andere Seite rüberrutschen.

Genau so verhalten sich chemische Reaktionen! Wenn eine Reaktion ihr Gleichgewicht erreicht hat und wir sie von außen stören (zum Beispiel durch mehr Stoffe oder höheren Druck), wehrt sich die Reaktion dagegen und verschiebt sich, um wieder ins Gleichgewicht zu kommen. In diesem Artikel zum Prinzip von Le Chatelier lernst du, wie du genau vorhersagen kannst, in welche Richtung die Reaktion „rutscht“, um die Störung auszugleichen.

Schnellantwort

Das Prinzip von Le Chatelier (auch Prinzip vom kleinsten Zwang genannt) besagt: Übt man auf ein System, das sich im Gleichgewicht befindet, einen Zwang aus, so reagiert das System so, dass es der Störung ausweicht und die Wirkung des Zwangs minimiert. Wenn ein chemisches System im Gleichgewicht ist, möchte es am liebsten in Ruhe gelassen werden. Ändern wir nun von außen die Bedingungen, wehrt sich das System durch eine Gleichgewichtsverschiebung.

Vorwissen

Bevor wir uns die Gleichgewichtsverschiebungen ansehen, solltest du diese Begriffe kennen:

• Reversible Reaktionen: Reaktionen, die in beide Richtungen ablaufen können. Sie werden mit einem Gleichgewichtspfeil ($\rightleftharpoons$) gekennzeichnet. Beispiel: $A + B \rightleftharpoons C + D$ bedeutet, dass $A$ und $B$ zu $C$ und $D$ reagieren (Hinreaktion) und gleichzeitig $C$ und $D$ wieder zu $A$ und $B$ werden (Rückreaktion).
• Chemisches Gleichgewicht: Der Zustand, in dem die Hin- und Rückreaktion exakt gleich schnell ablaufen. Beispiel: Es sieht so aus, als ob die Reaktion stillsteht, weil sich die Mengen der Stoffe nicht mehr ändern, obwohl die Reaktion auf Teilchenebene noch läuft.

Aufgabentyp 1: Verschiebung durch Konzentrationsänderung

Der häufigste Zwang in der Chemie ist die Änderung der Konzentration (Menge) eines Stoffes. Stell dir die Edukte (linke Seite) und Produkte (rechte Seite) wie zwei Wassertanks vor, die durch ein Rohr verbunden sind.

• Stoff hinzufügen: Wenn du die Konzentration eines Edukts (links) erhöhst, weicht das System aus, indem es diesen Stoff verbraucht. Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts (es entstehen mehr Produkte).
• Stoff entfernen: Wenn du die Konzentration eines Edukts verringerst, weicht das System aus, indem es diesen Stoff nachbildet. Das Gleichgewicht verschiebt sich nach links.

Tipp für die Industrie (Maximierung der Ausbeute): Wenn eine Fabrik möglichst viel von einem Produkt herstellen will, entfernt sie dieses Produkt ständig aus dem Reaktionsgefäß. Das System versucht verzweifelt, das fehlende Produkt nachzubilden. So wird die Reaktion gezwungen, fast vollständig nach rechts abzulaufen!

Farbenspiel im Gleichgewicht (Experiment)

Ein tolles Beispiel zur Sichtbarmachung einer Gleichgewichtsverschiebung durch Konzentrationsänderung ist die Reaktion von Eisen(III)-chlorid und Kaliumthiocyanat:

$\textcolor{#FFCE51}{\text{Fe}^{3+}} + \text{SCN}^- \rightleftharpoons \textcolor{#CE5331}{[\text{Fe}(\text{SCN})]^{2+}}$ (gelblich) + (farblos) $\rightleftharpoons$ (tiefrot)

Gibt man weiteres Kaliumthiocyanat ($\text{SCN}^-$) hinzu, verfärbt sich die anfangs hellrote Lösung sofort zu einem sehr dunklen, intensiven Blutrot.

Erklärung: Durch die Zugabe von $\text{SCN}^-$ haben wir die Konzentration auf der linken Seite erhöht (ein Zwang). Das System weicht aus, indem es das zusätzliche $\text{SCN}^-$ verbraucht. Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts. Dabei entsteht mehr von dem tiefroten Komplex.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Nutze diesen Plan, um Prüfungsaufgaben zur Konzentrationsänderung zu lösen:

1. Schritt 1: Identifiziere den Zwang (Wird ein Stoff hinzugefügt oder entfernt?).
2. Schritt 2: Bestimme die Ausweichreaktion (Zugefügtes verbrauchen oder Entferntes nachbilden).
3. Schritt 3: Lies die Richtung ab (Welche Seite erfüllt den Wunsch des Systems?).

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Verschiebung durch Druckänderung

Druckänderungen beeinflussen ein Gleichgewicht nur dann, wenn Gase beteiligt sind. Feststoffe und Flüssigkeiten lassen sich nämlich nicht zusammendrücken.

Um vorherzusagen, was passiert, musst du nur die Anzahl der Gasteilchen (die großen Zahlen vor den Formeln) auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung zählen.

• Druckerhöhung (Volumen wird kleiner): Das System hat weniger Platz. Es weicht aus, indem es sich auf die Seite verschiebt, die weniger Gasteilchen hat.
• Druckminderung (Volumen wird größer): Das System hat mehr Platz. Es verschiebt sich auf die Seite mit mehr Gasteilchen.

Wichtig: Wenn auf beiden Seiten der Gleichung exakt gleich viele Gasteilchen stehen (z.B. $2 \text{ Mol}$ links und $2 \text{ Mol}$ rechts), hat eine Druckänderung keinen Einfluss auf das Gleichgewicht!

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Nutze diesen Plan, um Prüfungsaufgaben zur Druckänderung zu lösen:

1. Schritt 1: Identifiziere den Zwang (Wird der Druck erhöht oder verringert?).
2. Schritt 2: Bestimme die Ausweichreaktion (Bei hohem Druck Platz sparen, bei niedrigem Druck Platz füllen).
3. Schritt 3: Lies die Richtung ab (Zähle die Gasteilchen auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung).

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Prinzip von Le Chatelier: Ein System im Gleichgewicht weicht einem äußeren Zwang (Störung) aus.
• Konzentration: Fügt man einen Stoff hinzu, wird er verbraucht. Nimmt man einen Stoff weg, wird er nachgebildet.
• Druck: Eine Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite mit weniger Gasteilchen. Druckänderungen wirken nur auf Gase!