Simulator für chemisches Gleichgewicht (Le Chatelier)
Gleichungen in dieser Simulation
| ΔH° | Reaktionsenthalpie | negativ: die Bildung von Ammoniak gibt Wärme ab, darum schiebt eine höhere Temperatur das Gleichgewicht zurück zu N₂ und H₂ | |
|---|---|---|---|
| n | Stoffmenge jedes Gases | gezeichnet sind zwanzig Moleküle pro Mol |
| p | Partialdruck jedes Gases, bar | p = n R T ÷ V | |
|---|---|---|---|
| Q | Reaktionsquotient: dasselbe Verhältnis für die Mischung, wie sie gerade ist | unter K läuft die Reaktion vorwärts, über K rückwärts, bis Q = K | |
| K_p | Gleichgewichtskonstante | nur von der Temperatur bestimmt, nicht von den Mengen oder dem Volumen |
Mit den aktuellen Werten:
| ΔS° | Reaktionsentropie | −198 J/(mol·K): aus vier Gasmolekülen werden zwei | |
|---|---|---|---|
| ΔG° | freie Standard-Reaktionsenthalpie | negativ unterhalb von etwa 465 K, wo Ammoniak begünstigt ist |
Mit den aktuellen Werten:
| p_total | Gesamtdruck | Zusammendrücken des Gefäßes erhöht ihn, und die Reaktion antwortet, indem sie weniger Moleküle bildet: aus 4 werden 2 |
|---|
Mit den aktuellen Werten:
So benutzt du den Simulator für chemisches Gleichgewicht
- Das Gefäß beginnt mit einem Mol Stickstoff (blaue Paare) und drei Mol Wasserstoff (weiße Paare). Sie reagieren zu Ammoniak (ein blaues und drei weiße Atome), bis die Mischung das Gleichgewicht erreicht, in dem Ammoniak so schnell entsteht, wie es zerfällt, und Q gleich K ist.
- Stör das Gleichgewicht und sieh, wie es zurückweicht, wie es das Prinzip von Le Chatelier sagt. Drück das Gefäß zusammen, und der Druck steigt, also bildet die Reaktion mehr Ammoniak und macht aus vier Molekülen zwei. Heiz es, und weil die Bildung von Ammoniak Wärme abgibt, verschiebt es sich zurück zu Stickstoff und Wasserstoff. Gib ein Gas zu oder nimm das Ammoniak weg, und die Mischung bewegt sich so, dass sie es aufbraucht oder ersetzt.
- Schalte den Katalysator aus und kühl das Gefäß, um die andere Hälfte der Geschichte zu sehen: bei niedriger Temperatur begünstigt das Gleichgewicht Ammoniak, aber die Reaktion ist so langsam, dass sie sich kaum bewegt. Das Diagramm zeigt den Gleichgewichtsanteil von Ammoniak gegen die Temperatur für das gewählte Volumen.
Häufige Fragen
Was ist chemisches Gleichgewicht?
Der Zustand, in den sich eine umkehrbare Reaktion einpendelt, in dem Hin- und Rückreaktion gleich schnell laufen, sodass sich die Mengen nicht mehr ändern, obwohl Moleküle weiter in beide Richtungen reagieren. Bei N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ ist es erreicht, wenn der Reaktionsquotient Q = p(NH₃)² ÷ (p(N₂) p(H₂)³) gleich der Gleichgewichtskonstanten K ist.
Was ist das Prinzip von Le Chatelier?
Wird ein Gleichgewicht gestört, verschiebt es sich in die Richtung, die die Störung teilweise rückgängig macht. Ein zugegebener Ausgangsstoff verschiebt es vorwärts, um etwas davon zu verbrauchen; ein entferntes Produkt verschiebt es vorwärts, um etwas nachzubilden; höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Gasmolekülen; höhere Temperatur begünstigt die Richtung, die Wärme aufnimmt.
Warum läuft das Haber-Bosch-Verfahren heiß, wenn Wärme die Ausbeute senkt?
Weil die Reaktion bei einer Temperatur mit hoher Ausbeute selbst mit Katalysator viel zu langsam ist. Die Industrie geht einen Kompromiss ein: etwa 450 °C, ein Eisenkatalysator und 150 bis 300 bar Druck, um Ausbeute zurückzugewinnen, wobei das Ammoniak auskondensiert und das nicht umgesetzte Gas zurückgeführt wird. Dieser letzte Schritt ist der Knopf Das NH₃ entfernen.
Verändert ein Katalysator das Gleichgewicht?
Nein. Er beschleunigt Hin- und Rückreaktion um denselben Faktor, die Mischung erreicht das Gleichgewicht also früher, aber mit genau derselben Zusammensetzung. Nur die Temperatur ändert K; Druck und Mengen ändern Q, und die Mischung bewegt sich dann, bis Q wieder gleich K ist.
Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.
Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.
Wird etwas hochgeladen?
Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.