Prinzip von Le Chatelier — Wie sich das Gleichgewicht verschiebt

Das Prinzip von Le Chatelier sagt voraus, in welche Richtung sich eine reversible Reaktion nach einer Änderung der Konzentration, des Drucks, des Volumens oder der Temperatur verschiebt. Wenn sich ein System bereits im Gleichgewicht befindet und gestört wird, verschiebt sich das neue Gleichgewicht meist in die Richtung, die dieser Änderung teilweise entgegenwirkt.

Es ist ein Hilfsmittel für die Richtung, kein Rechenwerkzeug. Es sagt dir, ob sich das Gleichgewicht nach links oder rechts verschiebt, aber nicht die genauen neuen Stoffmengen.

Im Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion weiterhin ab. Sie laufen nur mit gleicher Geschwindigkeit, sodass die Gesamtzusammensetzung konstant bleibt, bis sich die Bedingungen ändern.

Welche Änderungen das Gleichgewicht verschieben können

Die wichtigsten Störungen in der Einführung in die Chemie sind Änderungen der Konzentration, des Gasdrucks oder Volumens und der Temperatur. Für jede gilt eine eigene Regel, deshalb ist es hilfreich, die Störung zuerst zu benennen, bevor du etwas vorhersagst.

Wenn du mehr von einem Edukt zugibst, versucht das System, einen Teil davon zu verbrauchen, also verschiebt sich das Gleichgewicht zu den Produkten. Wenn du ein Produkt entfernst, versucht das System, einen Teil des Entfernten nachzubilden, also erfolgt die Verschiebung ebenfalls zu den Produkten.

Bei Gasgleichgewichten sind Änderungen von Druck und Volumen nur dann wichtig, wenn die beiden Seiten unterschiedliche Gesamtstoffmengen an Gas haben. Eine Volumenverringerung erhöht den Druck, daher verschiebt sich das Gleichgewicht meist zur Seite mit weniger Mol Gas. Haben beide Seiten insgesamt gleich viele Mol Gas, sagt diese Faustregel keine Verschiebung voraus.

Die Temperatur ist der Sonderfall. Bei einer exothermen Hinreaktion verhält sich Wärme wie ein Produkt; bei einer endothermen Hinreaktion verhält sich Wärme wie ein Edukt. Eine Temperaturänderung kann daher verändern, welche Seite im Gleichgewicht begünstigt ist.

Durchgerechnetes Beispiel: Kompression des Haber-Gleichgewichts

Betrachte das Gleichgewicht des Haber-Bosch-Verfahrens:

$$N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$$

Angenommen, die Temperatur bleibt konstant und das Gefäß wird zusammengedrückt. Das bedeutet, das Volumen nimmt ab und der Druck steigt.

Zähle nun die Mol Gas. Auf der linken Seite gibt es $1 + 3 = 4$ Mol Gas, auf der rechten Seite $2$ Mol Gas. Eine Verschiebung nach rechts verringert den Druckanstieg, weil sich das System zur Seite mit weniger Gasteilchen bewegt, also verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Ammoniak, $NH_3$.

Das ist das Grundmuster bei Druckaufgaben. Prüfe zuerst, ob die Reaktion Gase enthält, zähle die gesamte Stoffmenge an Gas auf beiden Seiten und entscheide erst dann die Richtung.

Was das Prinzip von Le Chatelier dir nicht sagt

Das Prinzip von Le Chatelier gibt dir die Richtung der Verschiebung an. Es sagt dir nicht die genauen neuen Konzentrationen, Drücke oder die Ausbeute im Gleichgewicht.

Es ersetzt auch keine Gleichgewichtsberechnungen. Wenn eine Aufgabe nach Endmengen fragt, brauchst du Werkzeuge wie einen Gleichgewichtsausdruck oder eine ICE-Tabelle, nicht nur die Richtung der Verschiebung.

Häufige Fehler bei Aufgaben zur Gleichgewichtsverschiebung

Gleichgewichtslage und Geschwindigkeit verwechseln

Ein Katalysator hilft einem System meist, das Gleichgewicht schneller zu erreichen, aber er verschiebt das Gleichgewicht nicht von selbst nach links oder rechts. Lernende verwechseln oft eine schnellere Reaktion mit einer anderen Gleichgewichtslage.

Die Druck-Faustregel anwenden, obwohl sie nicht passt

Faustregeln zu Druck und Volumen gelten für Gasgleichgewichte. Außerdem müssen die Gesamtmolzahlen an Gas auf beiden Seiten unterschiedlich sein. Sind die Gasmolmengen gleich, sagt eine reine Volumenänderung keine Verschiebung voraus.

Temperatur wie eine gewöhnliche Konzentrationsänderung behandeln

Bei konstanter Temperatur verschiebt eine Änderung der Konzentration oder des Drucks die Gleichgewichtslage, ohne die Gleichgewichtskonstante zu ändern. Die Temperatur ist anders, weil sie die Gleichgewichtskonstante selbst verändern kann.

Denken, Gleichgewicht bedeute gleiche Mengen

Gleichgewicht bedeutet gleiche Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion, nicht gleiche Mengen an Edukten und Produkten.

Wo Chemiker das Prinzip von Le Chatelier anwenden

Chemiker nutzen das Prinzip von Le Chatelier bei Gasreaktionen, Säure-Base-Gleichgewichten, Löslichkeitsproblemen und beim Entwurf industrieller Prozesse. Es ist besonders nützlich, wenn du vor einer vollständigen Rechnung schnell eine qualitative Vorhersage treffen willst.

Dadurch ist es besonders hilfreich in Aufgaben für Lernende. Du kannst falsche Antworten oft schnell ausschließen, indem du die Art der Störung und die Reaktionsbedingungen prüfst.

Probiere eine ähnliche Gleichgewichtsverschiebung aus

Betrachte

$$2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$$

und frage dich, was passiert, wenn das Volumen bei konstanter Temperatur verringert wird. Zähle die Mol Gas auf beiden Seiten, bevor du antwortest. Wenn du noch eine schnelle Kontrolle möchtest, vergleiche deine Begründung mit einer Reaktion, bei der beide Seiten gleich viele Mol Gas haben, und überlege, warum die Druck-Faustregel dann nicht mehr funktioniert.