Prinzip von le Chatelier¶

Die Gelb-orange Färbung der Eisen(III)-chlorid-Lösung kommt eigentlich durch den Komplex [FeOH(H₂O)₅]²⁺ zustande.

• Ein RG (RG 1) wird zu 1/3 mit Eisen(III)-chlorid-Lösung gefüllt (Referenz)
• Nun wird etwa gleich viel Thiocyanat-Lösung zugegeben
• Von der entstehenden blutroten Lösung werden RG 2 – 7 zu rund 1/3 gefüllt.
• RG 3 wird mit wenig festem Kaliumthiocyanat versetzt (Farbänderung erklären: Eduktzugabe führt zu Bildung von mehr Produkt)
• RG 4 wird mit wenig festem Eisen(III)-chlorid versetzt (Farbänderung erklären: Edukt-Zugabe führt zu Bildung von mehr Produkt)
• RG 6 wird mit wenig festem NaF versetzt (Maskierung der Eisen-Ionen, wirkt also wie Edukt-Entnahme)
• RG 7 wird mit wenig festem NaF versetzt und dann nach Farbänderung mit festem Aluminiumnitrat (Maskierung und "Demaskierung" der Eisen-Ionen)

• KNO₃-Suspension über dem Bunsenbrenner zum Kochen erhitzen (oder bis alles gelöst ist)
• kurz unter laufendem Wasser abkühlen, bis Kristallisatin einsetzt
• In Kristallisierschale ausgiessen
• Kristallisieren der KNO₃-Nadeln beobachten.

Teil 1: Hydraulisches Modell für das Prinzip von Le Chatelier: Wenn man das System stört, z.B. indem man zuästzliche Lösung in den Zylinder giesst, widersetzt sich das System der Störung und macht sie teilweise rückgängig. Dabei kommt es auf die Details an: weil der Zylinder schmal ist im Vergleich zum Becherglas, wird die Störung fast vollständig rückgänig gemacht. Würde man umgekehrt ins Becherglas stören, könnte die Störung nur ganz wenig rückgängig gemacht werden. Man kann aber auch mit dem Analogon von Hin- und Rückreaktion argumentieren: mit dem Drang des Wassers, nach links oder rechts zu fliessen. Wenn ich in den Standzylinder mehr Wasser eingiesse, lastet eine höhere Wassersäule über dem Schlaucheingang als der Druck im Schlauch drin von der anderen Seite. Also drängt es das Wasser Richtung Becherglas, bis der Druck im Zylinder abgenommen hat und im Becherglas so stark zugenommen hat, bis in beiden Gefässen der Druck in gleicher Höhe wieder gleich gross ist. im Rohr trifft von beiden Seiten derselbe Druck aufeinander und das Wasser hat weder den Drang, nach links noch nach rechts zu fliessen - es herrscht Gleichgewicht.

Teil 2: Könnte man auch eine Fällung hydraulisch symbolisieren? Wenn ich zu einer Lösung von Calciumnitrat wenig Kaliumcarbonat tropfe, gibt es zuerst noch keine Trübung - wieso? (Ionen treffen sich zu selten, Fällung mi Vergleich zur Auflösung zu langsam). Gibt man mehr und mehr zu, bleibt irgendwann der Niederschlag und sinkt ab. Nun kann ich mehr und mehr Ionen zugeben, aber die totale Ionenkonzentration steigt nicht mehr gross, weil die Störung (mehr Ionen) durch die Fällung fast vollstänädig rückgängig gemacht wird. Das hydraulische Modell dazu: das eine Gefäss hat seinen Boden weiter oben (der Messzylinder muss recht stark befüllt werden, bis das Wasser in das höhere Gefäss fliesst), dann aber hat das höhere Gefäss eine unendliche Grundfläche (im Messzylinder steigt der Pegel gar nie mehr an, weil das Wasser unendlich Fläche hat um sich auszudenen)

Teil 3: Verdünnung: Man gibt die Llösungen A und B zusammen. Es läuft die Reaktion A + B <=> C ab. Es wird rot. Beim Verdünnen wechselt die Farbe über orange nach gelb, bleibt aber viel roter als das ursprüngliche Zitronengelb des Eisen(III)-chlorides. Weshalb verschiebt sich das Glgw von C zu A und B beim Verdünnen?

• Mit le Chatelier: Störung besteht darin, dass die Teilchenkonzentration klein wird. System widersetzt sich der Störung, indem vermehrt C zu A und B reagiert und so die Teilchenkonzentration wieder anhebt.

• mit RG: Für die Hinreaktion müssen zwei Teilchen zusammenstossen. Das wird beim Verdünnen viel unwahrscheinlicher. Für die Rückreaktion muss einfach nur ein vorhandese Teilchen zerfallen. Auch das wird pro Liter langsamer, wenn weniger Teilchen vorhanden sind, aber die Abnahme ist weniger krass. Wird auf 1/10 verdünnt, so liegen noch 1/10 C vor und der Zerfall ist also 1/10 so schnell. Die Zusammenstösse zwischen 1/10 A und 1/10 B nimmt aber um Faktor 1/100 ab, die Hinreaktion wird also 100 mal so langsam, während die Rückreaktion nur 1/10 mal so langsam wird. Die Rückreaktion ist also vorübergehend schneller.

• Mit K: Ausdruck für Q aufschreiben. Über dem Bruchstrich Mass für die GEschwindigkeit der Rückreaktion, unter dem Burchstrich für die hinreaktion. angenommen, wir starten mit alle Konzentrationen 1 mol/L und es herrscht Glgw. Wie gross ist Q = K. Wie gross ist nun Q? Nun verdünne ich um den Faktor 10: Herrscht weiterhin Glgw? Hat es zu viel Edukt oder Produkt?