Chemische Gleichgewichte: MWG, Säure-Base- und Redox-Systeme
Der Schwerpunkt Chemische Gleichgewichte prüft, ob du Gleichgewichtslagen quantitativ berechnen und qualitativ begründen kannst – vom Massenwirkungsgesetz über Puffer und Titrationskurven bis zu Redoxgleichgewichten. Aufgaben im Abitur Sachsen-Anhalt kombinieren häufig Rechnung, Diagramm und Deutung auf Teilchenebene.
Massenwirkungsgesetz und Verschiebungen
Für a A + b B ⇌ c C + d D lautet das Massenwirkungsgesetz K = c(C)^c · c(D)^d / (c(A)^a · c(B)^b). K ist nur von der Temperatur abhängig, nicht von den Anfangskonzentrationen. Reine Feststoffe und Wasser gehen als Aktivität 1 ein; bei heterogenen Systemen nutzt du das Löslichkeitsprodukt KL = c(Ag+) · c(Cl−). Das Prinzip vom kleinsten Zwang beschreibt die Reaktion auf Störungen: Zugabe eines Edukts verschiebt zum Produkt, Druckerhöhung zur gasärmeren Seite, Temperaturerhöhung bei exothermer Reaktion zur Eduktseite. Ein Katalysator verkürzt nur die Einstellzeit und ändert K nicht.
Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte
Für eine schwache Säure HA gilt Ks = c(H3O+) · c(A−) / c(HA) und pKs = −lg Ks. Die Näherung c(H3O+) ≈ √(Ks · c0) ist zulässig, solange der Dissoziationsgrad unter etwa 5 % bleibt. Beim Halbäquivalenzpunkt einer Titration gilt pH = pKs; am Äquivalenzpunkt bestimmt die Stärke der korrespondierenden Base den pH. Ein Puffer aus HA und A− gehorcht pH = pKs + lg[c(A−)/c(HA)] und wirkt optimal im Bereich pKs ± 1. Redoxgleichgewichte werden über Elektrodenpotentiale beschrieben: Gleichgewicht herrscht, wenn beide Halbzellen dasselbe Potential haben, die Zellspannung also null ist.
Rechenbeispiel: Puffer aus Essigsäure und Acetat
50 mL 0,10 M Essigsäure (pKs 4,75) werden mit 25 mL 0,10 M Natronlauge versetzt. Stoffmengen: n(HA) = 5,0 mmol, n(OH−) = 2,5 mmol. Die Hydroxidionen neutralisieren die Hälfte der Säure, es bleiben 2,5 mmol HA und 2,5 mmol A−. Damit ist das Verhältnis 1:1 und pH = 4,75 + lg 1 = 4,75. Das Gesamtvolumen von 75 mL kürzt sich im Quotienten; wer es dennoch einsetzt, erhält ein falsches Ergebnis. Kontrolle: Der Wert liegt im Pufferbereich pKs ± 1.
Typische Fallen
c(H3O+) = c(A−) nur bei einer reinen schwachen Säure ohne weitere Ionenquelle ansetzen. Volumenänderungen beim Mischen berücksichtigen, im Pufferquotienten aber korrekt kürzen. pOH und pH nicht verwechseln (Kw = 10^−14 bei 25 °C). Bei KL die Konzentrationen mit ihren stöchiometrischen Faktoren potenzieren. Als einzige Größe, die K verändert, die Temperatur nennen.