Das Massenwirkungsgesetz und wie man damit rechnet an einem Beispiel erklärt (Schülerversion)
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https://www.youtube.com/watch?v=7OilN0wLdPo

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 in diesem Video möchte ich dir zeigen wie man auf das Massenwirkungsgesetz der Chemie kommt und wie man damit arbeitet
0:06 also wie man damit rechnen kann und das ganze schauen wir uns an der beispielreaktion von Wasserstoff mit Jod
0:11 zu Iod wasasserstoff an beim wassenwirkungsgesetz geht es immer um Gleichgewichtsreaktionen das heißt wir
0:17 haben immer eine Hinreaktion durch diesen Fall dargestellt und eine Rückreaktion durch diesen Fall
0:23 dargestellt es bedeutet einfach dass die Reaktion die wir betrachten in dem Fall die Synthese von Jodwasser Stoff auch
0:30 wieder rückgängig gemacht werden kann also ein Wasserstoffmolekül und ein jodmolekül können zusammenstoßen und
0:36 dabei jodwasserstoffmoleküle bilden aber auch umgekehrt können zwei
0:40 iodwasserstoffmoleküle zusammenstoßen und dabei wieder Wasserstoff und Iod bilden bei massenwikungsgesetz geht es
0:47 jetzt um das Gleichgewicht dass sich bei dieser Reaktion mit der Zeit einstellt wenn du das chemische Gleichgewicht noch
0:53 nicht kennst dann habe ich dir oben ein Video verlinkt indem ich das erkläre wir wollen uns hier jetzt überlegen wie man
0:58 auf dieses Massenwirkungsgesetz kommen kann und dafür machen wir eine vereinfachende Annahme wir nehmen mal an
1:03 wir könnten bei unseren Reaktionen unser Kollisionsmodell benutzen auch dazu habe ich dir oben ein Video falls du das noch
1:11 nicht kennst das Kollisionsmodell sagt uns dass wir die Geschwindigkeit in der die Hinreaktion stattfindet
1:17 folgendermaßen ausdrücken können die hängt ab von der Konzentration von Wasserstoff mal der Konzentration des
1:24 Iods das liegt eben daran dass die beiden sich stoßen müssen und dieses Mal hier zählt sozusagen wie viel
1:31 Möglichkeiten es gibt dass Wasserstoff und iodmoleküle zusammenstoßen mal noch eine konstante und genauso können wir
1:39 das für die Rückreaktion aufschreiben in dem Fall müssen aber zwei iodwasserstoffmoleküle zusammen prallen
1:46 damit die stattfindet deshalb ist die Geschwindigkeit der Rückreaktion eben gegeben durch die Konzentration von
1:52 jodwasserstoff mal der Konzentration von J waserstoff mal eineer konstante für eben diese Rückreaktion und wenn wir
2:00 zweimal die gleiche Sache multiplizieren dann können wir das auch zusammenfassen zu einem Quadrat so das war die
2:06 Vorbereitung jetzt können wir uns überlegen was passiert wenn wir im Gleichgewicht sind wenn wir im
2:12 Gleichgewicht sind dann bedeutet das dass die hin und direktreaktion gleich schnell ablaufen ja es muss gleich viel
2:19 jodwasserstoff entstehen und gleichzeitig gleich viel Wasserstoff und Jod das bedeutet diese beiden
2:25 Geschwindigkeiten müssen gleich sein das bedeutet aber wenn wir dann ein was die Geschwindigkeit der Hinreaktion und was
2:32 die Geschwindigkeit der Rückreaktion ist dass wir bei dieser Gleichung hier landen so und die können wir jetzt
2:37 umstellen wir erinnern uns daran dass diese beiden Zahlen hier Konstanten sind die hängen nicht von den Konzentrationen
2:45 der Beteiligten Stoff ab und was wir jetzt machen wir trennen einmal die Konstanten von den Konzentrationen das
2:51 bedeutet wir teilen einmal durch die konstante der Rückreaktion dann kriegen wir diese Gleichung hier und jetzt
2:58 bringen wir noch diese Konzentration auf die andere Seite und dann kriegen wir folgende Gleichung und das
3:04 Bemerkenswerte daran ist jetzt folgendes hier drüben stehen nur konstanten und auf der rechten Seite stehen
3:10 Konzentrationen meiner beteiligten Stoffe und diese Konstanten fasst man jetzt zu einer neuen konstante zusammen
3:18 der sogenannten Gleichgewichtskonstante und die heißt KC und das ist das Massenwirkungsgesetz und wenn wir jetzt
3:26 noch mal unsere Reaktion von vorer anschauen dann sehen wir aha das Massenwirkungsgesetz sagt folgendes ich
3:33 muss oben die Konzentration aller Produkte miteinander multiplizieren und unten also geteilt durch die
3:40 Konzentrationen aller Edukte multipliziert und dieser Quotient also wenn ich das Durcheinander Teil ist
3:46 immer die gleiche konstante ne und das ist extrem nützlich das zu wissen das bedeutet ich mache einmal ein Experiment
3:52 mess im Gleichgewicht wie die Konzentrationen sind kann dann diese Konstante ausrechnen und für jede
3:58 weitere Reaktion die durchführe kann ich mit dieser Gleichung ausrechnen was dann passieren wird das einzige was man
4:05 beachten muss ist dass diese Gleichgewichtskonstante noch von der Temperatur abhängt aber sobald ich bei
4:10 einer Temperatur das mal gemessen habe kann ich damit immer ausrechnen was passieren wird das schauen wir uns
4:16 gleich an aber erstmal noch die allgemeine Form des Massenwirkungsgesetzes wenn ich eine
4:21 Reaktion habe bei der ich den Stoff a mit dem Stoff B reagieren lasse und der Stoff x und der Stoff y rauskommen und
4:27 ich eine Reaktionsgleichung habe mit dem den Koeffizienten klein a klein B klein x und Klein y dann lautet das
4:35 Massenwirkungsgesetz Produkte stehen oben und werden multipliziert und die Koeffizienten vor den Stoffen die stehen
4:43 da immer als Exponent so wie auch hier oben bei dem hi steht ja diese zwei quasi hier wieder ja dieses x das vor
4:52 dem großen X steht wird dann auch hier wieder stehen und das ganze Teile ich dann durch eben die Konzentration der
4:58 Edukte multipliziert und dabei die Konzentration immer hoch den Koeffizienten vor dem entsprechenden
5:05 Edukt und das Massenwirkungsgesetz sagt dieser Quotient ist immer eine konstante ja natürlich abhängig von der Reaktion
5:13 aber für die Reaktion eine ganz bestimmte konstante was bringt uns das jetzt das schauen wir uns jetzt an und
5:20 wir schauen uns eben diese Reaktion an bei 488° da ist die Gleichgewichtskonstante
5:27 dieser Reaktion nämlich 5 50 ja also die hat man irgendwie gemessen in einer Apparatur da hat man eine bestimmte
5:33 Menge Wasserstoff eine bestimmte Menge Iod reingegeben und dann geguckt wann ist es im Gleichgewicht und welche
5:39 Konzentration haben dann die beteiligten Stoffe hat es eingesetzt und dabei 150 rausbekommen und wir können uns das
5:46 jetzt zu nutze machen und folgende Frage beantworten wenn ich mit einer Konzentration von 0,8 mol pro Liter
5:53 Wasserstoff starte und einer Konzentration von 0,5 mol pro Liter Iod wie sehen dann die Konzentrationen der
6:02 beteiligten Stoffe im Gleichgewicht aus also wie viel z.B jodwserstoff kriege ich dann am Ende raus als ausbeut und da
6:08 geht mir jetzt folgendermaßen vor es muss ja ein Teil des Wasserstoffs reagiert haben und der Teil der da
6:15 reagiert hat den bezeichnen wir mal x das heißt die Konzentration von Wasserstoff im Gleichgewicht wird 0,8- x
6:23 sein die Reaktionsgleichung sagt jedes Molekül Wasserstoff das reagiert reagiert auch ein kühlod das bedeutet
6:31 die Konzentration von Jod wird 0,5- das gleiche also wieder x sein und wieder in die Reaktionsgleichung geschaut die sagt
6:41 wenn ein Molekül Wasserstoff reagiert dann entstehen zwei Moleküle iodenwasserstoff das bedeutet wenn X mol
6:50 pro Liter von dem Wasserstoff Wechel und x mol pro Liter von dem Iod dann müssen 2x mol pro Liter iodwasserstoff
6:58 entstanden sein so nach dem wir uns das jetzt überlegt haben wie diese Gleichgewichtskonzentrationen aussehen
7:04 müssen können wir das in unser Massenwirkungsgesetz das hier oben steht einsetzen also hier steht die 51 und
7:11 jetzt ersetzen wir die Konzentrationen durch diese xterme das heißt wir kriegen einmal 2x Quadrat und unten kriegen wir
7:19 0,8- x mal 0,5- x wichtig dabei alles immer in Klammern setzen was man einsetzt sonst kriegt man hier Probleme
7:28 und jetzt ist reine Mathematik man muss einfach nur diese Gleichung nach x auflösen das machen wir mal zusammen und
7:35 da fangen wir an indem wir erst mal alle Klammern loswerden oben kommt dann 4x² raus und wenn man diese beiden Klammern
7:42 miteinander ausmultipliziert kriegt man x² - 1,3x + 0,4 XE unterm Bruch stören uns immer das heißt das wollen wir als
7:50 erstes wegbekommen und dafür machen wir mal den kompletten Nenner also mal in Klammern x² - 1,3x + 0,4 und dann steht
7:59 folgende Gleichung da dran denken dass man die 51 jetzt komplett hier mit dieser Klammer multiplizieren muss wenn
8:06 man die ausmultipliziert kriegt man 51x² - 66,3x + 20,4 ist 4x² jetzt muss man nur
8:16 noch - vx² rechnen und dann hat man eine quadratische Gleichung in der Form wie man sie mit der Mitternachtsformel lösen
8:24 kann ich denke die kennst du auf jeden Fall und die Mitternachtsformel spuckt natürlich jetzt zwei Lösung aus einmal
8:30 x1 = 0,9572 und x2 = [Musik]
8:35 0,4535 da musst du immer gucken wie genau das in der Aufgabe gefordert ist aber mit diesen beiden Lösungen können
8:42 wir jetzt zurück zu unserem Problem gehen und jetzt schauen wir erstmal welche von diesen beiden Lösungen macht
8:47 denn Sinn x war ja wie viel von der Konzentration des Wasserstoffs weggehen ja hier 0,8- x BW 0,5- x und dann sehen
8:58 wir jetzt schon mal die diese Lösung hier macht keinen Sinn weil dann würde ich bei negativen Konzentrationen landen
9:04 das bedeutet diese Lösung können wir ignorieren und wir müssen die hier nehmen und jetzt wissen wir einfach
9:10 welche Konzentrationen die beteiligten Stoffe im Gleichgewicht haben werden das heißt wir können das vorher sagen wenn
9:16 dieses Gleichgewicht sich eingestellt haben wird dann wird Wasserstoff die Konzentration
9:22 0,3465 haben eben die 0,8- die 0,4535 jod wird die Konzentration 0,04 4 65 haben 0,5-
9:32 0,4535 und vor allem interessiert uns ja wie viel Produkt ist entstanden da wären eben
9:39 0,907 mol pro Liter iodwasserstoff entstanden wenn du jetzt noch weitere Videos zu dem chemischen Gleichgewicht
9:46 oder Kinetik suchst dann habe ich hier meine Playlist zu Kinetik und chemischenem Gleichgewicht verlinkt