Ziel des Versuchs: Dieser Modellversuch zeigt, wie sich bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion ein dynamisches Gleichgewicht einstellt.
| Thema: Chemisches Gleichgewicht | Tags: chemisches Gleichgewicht, Prinzip, dynamisches Gleichgewicht, Reaktionsgeschwindigkeit | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: LV |
kleine Standzylinder, Kapillare mit zwei verschiedenen Durchmessern
Wasser, Lebensmittelfarbe
Das Wasser wird mit Lebensmittelfarbe angefärbt und in einen der Standzylinder gegeben. Nun wird folgender Vorgang immer wieder wiederholt: Eine der Kapillaren (Kp. A) wird in diesen Standzylinder (Sz. A) gegeben. Die andere Kapillare (Kp. B) wird in den anderen Standzylinder (Sz. B) gestellt. Die Kapillaren ziehen sich bis zu einem bestimmten Level mit Flüssigkeit voll. Nun werden beide mit dem Daumen verschlossen. Jetzt wird Kp. A in Sz. B und Kp. B in Sz. A gegeben, der Daumen von der Öffnung genommen und die Füssigkeit entleert sich in die beiden Standzylinder. Nun wird Kp. A wieder in Sz. A und Kp. B wieder in Sz. B gegeben, wo sie sich erneut mit Flüssigkeit vollziehen.
Der Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis sich der Flüssigkeitspegel in beiden Gefäßen nicht mehr ändert, obwohl laufend Flüssigkeit zwischen den beiden Standzylindern ausgetauscht wird.
Zu Beginn ist ein Standzylinder voll, der andere leer. Mit der Zeit wird der zunächst volle Standzylinder leerer und der zunächst leere Standzylinder voller. Nach einer Weile ändern sich die Pegel in den beiden Standzylindern nicht mehr, obgleich immer wieder Flüssigkeit zwischen ihnen ausgetauscht wird. Der vollere ist derjenige, bei dem die Kapillare mit dem geringeren Durchmesser verwendet wird.
Der zunächst volle Standzylinder, Sz. A, stellt die Edukte der Reaktion dar, der zunächst leere Sz. B die Produkte. Am Anfang der Reaktion liegen nur Edukte vor, keine Produkte. Das Austauschen der Flüssigkeiten bildet das Voranschreiten der Reaktion ab. Der Transport von Flüssigkeit von Sz. A nach Sz. B steht für die Hin-, der von Sz. B nach Sz. A die Rückreaktion. Der Durchmesser der Kapillaren symbolisiert die Reaktionsgeschwindigkeit.
Im Gleichgewicht werden gleiche Flüssigkeitsmengen von A nach B transportiert. Die Geschwindigkeit der einen Reaktion ist langsamer, doch es liegen mehr Stoffe vor, die reagieren können. Für die andere Reaktion liegen die Stoffe in geringerer Konzentration vor, doch die Reaktionsgeschwindigkeit ist höher. Im Modell ist dies so erkennbar, als dass in einem Standzylinder mehr Flüssigkeit ist, die Kapillare jedoch schmaler ist; der andere Standzylinder ist leerer, doch die Kapillare ist breiter. Dadurch werden gleiche Flüssigkeitsvolumina transportiert.
Die Entsorgung erfolgt über das Abwasser.
Auf diesen Modellversuch können immer wieder Rückbezüge erfolgen, wenn Reaktionsgeschwindigkeiten oder dynamische Gleichgewichte besprochen werden.
Da der Versuch nicht gefährlich ist, könnte er auch als Schülerversuch durchgeführt werden, doch als Modellversuch ist er sehr gut als Demonstrationsexperiment geeignet.
Der Versuch lässt sich beliebig variieren. Beispielsweise können die beiden Kapillaren ausgetauscht werden: Bei einer Reaktion ist Kp. A die breitere, was dazu führt, dass das Gleichgewicht der Reaktion auf der Produktseite liegt, bei der nächsten ist Kapillare B die breitere – die Geschwindigkeit der Rückreaktion ist höher, was dazu führt, dass das Gleichgewicht auf der Eduktseite liegt. Eine interessante Variante wäre auch, Kapillaren mit dem gleichen Durchmesser zu verwenden.
Die Temperatur des Systems kann durch die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsaustausches symbolisiert werden.
Asselborn, Wolfgang, Chemie heute – Sekundarbereich II, Westermanndruck GmbH, 2006, S. 84.
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