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Ein chemisches Gleichgewicht kann sich nur bei einer umkehrbaren chemischen Reaktion im geschlossenen thermodynamischen System einstellen. Es kann durch Änderungen der Reaktionsbedingungen Temperatur, Druck oder Konzentration der Reaktanten auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden.

* 11.08.1836 in Christiania
† 14.01.1902 in Christiania (dem heutigen Oslo, Norwegen)

CATO MAXIMILIAN GULDBERG war ein norwegischer Mathematiker. Er entwickelte zusammen mit dem Chemiker PETER WAAGE zwischen 1864 und 1867 auf der Grundlage physikochemischer Untersuchungen von Gasen und Lösungen das Massenwirkungsgesetz. Dieses fundamentale chemische Gesetz blieb lange Zeit unbeachtet, bis es 1877 von OSTWALD bestätigt wurde. Der geniale, sehr zurückgezogen lebende Theoretiker leitete ebenfalls weitgehend unbeachtet bereits 1867 die ideale Gasgleichung ab.

Kalkstein (Calciumcarbonat) ist eine Ionenverbindung, die in verschiedenen Formen in der Natur vorkommt. Gebirgszüge, Korallenriffe und Tropfsteinhöhlen bestehen hauptsächlich aus Kalkstein, der durch eine Folge chemischer Reaktionen und erdgeschichtlicher Prozesse entstanden ist. Marmor und Kreide sind spezielle Formen des Calciumcarbonats.
Die Verwendung von Kalkstein ist sehr vielseitig. Es wird in der Bauindustrie, zur Rauchgasentschwefelung in Kraftwerken und als Düngemittel eingesetzt. Umgangssprachlich bezeichnet man Calciumcarbonat auch als Kalk, obwohl in der Bauindustrie auch andere chemische Verbindungen (Calciumoxid und Calciumhydroxid) ähnliche Namen tragen.

* 08.10.1850 in Paris
† 17.09.1936 in Miribelle-Echelles

HENRY LE CHATELIER war ein französischer Chemiker und Ingenieur. Berühmt wurde er durch seine Untersuchungen zum chemischen Gleichgewicht. Er formulierte die Bedingungen zur Einstellung eines chemischen Gleichgewichts und das Prinzip des kleinsten Zwangs. Dieses besagt, dass sich das chemische Gleichgewicht einem äußeren Zwang immer so entzieht, dass die Wirkungen des äußeren Zwangs verkleinert werden.
Obwohl das Prinzip von LE CHATELIER nur qualitative Schlussfolgerungen zur Lage des chemischen Gleichgewichts zulässt, ist es speziell für Gleichgewichtsreaktionen in der chemischen Industrie von herausragender wirtschaftlicher Bedeutung.

Die Löslichkeit von Stoffen ist eine wichtige Größe in der analytischen und in der technischen Chemie. Sie entspricht der Konzentration eines Stoffes in einer gesättigten Lösung, die keine weiteren Teilchen des Feststoffes mehr aufnehmen kann. Die Löslichkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, der Art des gelösten Stoffs, dem Lösungsmittel, der Temperatur und dem pH-Wert der Lösung und eventuellen Zusätzen. So kann die Löslichkeit durch Zugabe von Säuren oder Komplexbildnern beeinflusst werden. In beiden Fällen liegt neben dem Löslichkeitsgleichgewicht ein weiteres chemisches Gleichgewicht vor und man spricht von gekoppelten Gleichgewichten.

Bei reversiblen chemischen Reaktionssystemen stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Hin- und Rückreaktion ein. Solche Reaktionen verlaufen nicht vollständig, d. h. die Konzentration der Ausgangsstoffe sinkt nicht auf null. In Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen (Druck, Temperatur) werden konstante Gleichgewichtskonzentrationen der an der Reaktion beteiligten Stoffe erreicht. Mit Hilfe des Massenwirkungsgesetzes können diese in Form der Gleichgewichtskonstanten berechnet werden.

Die Gleichgewichtskonstante ist eine thermodynamische Größe, die sich aus den energetischen Unterschieden zwischen Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten ergibt. Aus der thermodynamischen Ableitung der Gleichgewichtskonstanten K erhält man folgenden quantitativen Zusammenhang:

${\Delta }_R{G}^0=–R·T·\ln K\text{bzw}\text{.}K=e^{–\frac{{\Delta }_R{G}^0}{R·T}}$

Die Berechnung der Gleichgewichtskonstanten aus der freien Standardreaktionsenthalpie ist viel einfacher als die experimentelle Bestimmung aller Konzentrationen im chemischen Gleichgewicht.

Chemische Gleichgewichte lassen sich nicht nur durch Änderung der Konzentrationen, der Ausgangsstoffe oder Produkte beeinflussen, sondern auch durch äußere Einflüsse, wie z. B. Temperatur- und Druckveränderungen. Hier gilt stets das von LE CHATELIER und K. F. BRAUN formulierte Prinzip des kleinsten Zwangs. Dieses besagt, dass sich das chemische Gleichgewicht einem äußeren Zwang immer so entzieht, dass die Wirkungen der äußeren Veränderung verkleinert werden.

Chemische Reaktionen werden nach verschiedenen Gesichtspunkten unterteilt. Bei organischen Reaktionen werden fast immer Atombindungen gespalten und wieder neu geknüpft, sodass sich die Unterteilung von der Unterteilung anorganischer Reaktionen unterscheidet. In der Organik betrachtet man hauptsächlich die Änderung des Bindungszustandes der Kohlenstoffatome und unterscheidet danach zwischen Substitution, Addition und Eliminierung. Aber auch organische Redoxreaktionen spielen eine wichtige Rolle als Nachweisreaktionen und in der Synthesechemie.

* 29.06.1833 in Flekkefjord
† 13.01.1900 in Christiania

PETER WAAGE war ein norwegischer Chemiker. Er entwickelte zusammen mit dem Mathematiker CATO MAXIMILIAN GULDBERG zwischen 1864 und 1867 auf der Grundlage physikochemischer Untersuchungen von Gasen und Lösungen das Massenwirkungsgesetz. Dieses fundamentale chemische Gesetz blieb lange Zeit unbeachtet, bis es 1877 von OSTWALD bestätigt wurde.
WAAGE hat nichts mit dem gleichnamigen seit dem Altertum bekannten Messgerät zur Bestimmung der Masse zu tun.

Die Härte des Wassers entsteht durch gelöste Salze. In natürlichen Wässern sind das vor allem Magnesium- und Calciumhydrogencarbonat und -sulfat die aus dem Boden gelöst wurden. Je mehr Salze im Wasser gelöst sind desto härter ist das Wasser. Die Wasserhärte ist je nach Beschaffenheit des Bodens von Region zu Region verschieden.

Man unterscheidet dabei zwischen permanenter Härte und temporärer Härte. Die temporäre Härte wird durch den Gehalt an Hydrogencarbonaten verursacht und kann durch Erhitzen entfernt werden. Die permanente Härte wird durch die Sulfate verursacht und bleibt beim Erhitzen unverändert.

Als Maß für die Wasserhärte galt früher in Deutschland das „Grad deutscher Härte“– °dH. Inzwischen gibt man die Wasserhärte allerdings durch die Konzentration der Erdalkaliionen in mmol/l an.

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Multiple-Choice-Test zum Thema „Chemie – Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz“.

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WISSENSTEST

Als Amphoterie bezeichnet man die Erscheinung, bei der ein Stoff in Abhängigkeit vom Reaktionspartner als Säure oder als Base reagieren kann.

Stoffe, die sowohl Protonen abgeben, als auch Protonen aufnehmen können, nennt man Ampholyte. Ob sie als Säure oder als Base reagieren, hängt vom jeweiligen Reaktionspartner ab.

Basen sind Verbindungen, die bei chemischen Reaktionen Protonen aufnehmen. In wässrigen Lösungen bilden sie Hydroxid-Ionen und wirken demzufolge stark ätzend.
Die wichtigsten anorganischen Basen sind Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniak. Diese Basen und ihre wässrigen Lösungen, die Laugen, finden nicht nur Einsatz in der Industrie und Technik, sondern sind auch Bestandteile vieler Gebrauchsgüter des alltäglichen Lebens. So sind z. B. viele Reinigungsmittel alkalisch, da sich Fette und andere Verschmutzungen durch Basen leicht lösen lassen. Industriell sind Basen wichtige Ausgangsstoffe für die Herstellung von Gläsern, Zellstoff, Düngemitteln oder Baustoffen.
Anorganische Basen schädigen die Umwelt, wenn Abwässer zu stark mit alkalischen Reinigungsmitteln oder Chemieabfällen belastet sind und dadurch das pH-Gleichgewicht in Gewässern gestört wird.

* 25.01.1627 Lismore (Irland)
† 30.12.1691 London

Er war ein britischer Naturforscher, der sich mit chemischen und physikalischen Problemen beschäftigte. Boyle ist einer der Mitbegründer der wissenschaftlichen Chemie, untersuchte das Verhalten von Gasen und den Luftdruck, befasste sich mit Farbenlehre und Thermometern. Er leistete einen wesentlichen Beitrag zu einer neuen Definition des Begriffes „chemisches Element“.

* 22.02.1879 in Varde (Dänemark)
† 17.12.1947 in Kopenhagen

JOHANNES NICOLAUS BRÖNSTED war ein dänischer Chemiker, der sich in seinen vielfältigen Arbeiten u. a. mit dem Aktivitätskoeffizienten beschäftigte. Er fand heraus, dass er von Ladung und Ionenstärke abhängig ist. Er entwickelte ein Verfahren zur Isotopentrennung und entwickelte die BRÖNSTEDsche Säuren-Basen-Theorie. BRÖNSTED starb im Alter von 68 in Kopenhagen.

Im täglichen Leben begegnen uns Stoffgemische häufiger als reine Stoffe. So sind beispielsweise alle Getränke Stoffgemische, selbst das Trinkwasser aus der Leitung ist chemisch gesehen kein reiner Stoff. Besonders gut ist die Zusammensetzung eines weltbekannten Cola-Getränks untersucht, obwohl dessen Herstellung nach einer geheimen Rezeptur erfolgt.

Bei vielen Redoxreaktionen wird ein Teil der freigesetzten Energie in Form von Licht emittiert. Das macht man sich zur festlichen Beleuchtung oder bei spektakulären Feuerwerken zunutze. Zur Beleuchtung wurden jahrhundertelang brennende Fackeln oder Kerzen benutzt. Heute erfreuen sich viele Menschen mehrmals im Jahr an leuchtend bunten Feuerwerkslichtern. Feuerwerk, Wunderkerzen und Blitzlicht enthalten immer Reduktionsmittel und Oxidationsmittel neben anderen Stoffen, die die Farben hervorrufen.

Glas ist ein fester, durchsichtiger Werkstoff, der hauptsächlich aus Siliciumdioxid besteht. Durch Optimierung der Zusammensetzung und der Bedingungen der Herstellung können die Eigenschaften von Silicatgläsern so beeinflusst werden, dass der Werkstoff für vielseitig einsetzbar ist.
Deshalb nutzt man Glas als Baustoff, als Verpackungsmaterial, als Laborglas oder auch als Material für Glasfasern und für viele andere Zwecke.

Säuren und Basen gehören zu den am weitesten verbreiteten chemischen Substanzen. Zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen z. B. durch Titration werden sogenannte Indikatoren (Anzeiger) verwendet. Farbindikatoren für Säure-Base-Reaktionen sind schwache organische Säuren oder Basen, die je nach dem pH-Wert der Lösung eine unterschiedliche Struktur und damit verschiedene Farben aufweisen. Anhand der Farbänderung kann man den pH-Wert einer Lösung oder den Äquivalenzpunkt einer Titration bestimmen.