Arbeitsauftrag: Simulation des chemischen Gleichgewichts mit M&Ms

Ziel:

Verstehe das Prinzip des chemischen Gleichgewichts anhand der Reaktion: Säure + Alkohol ⇌ Ester + Wasser

Material:

• 4 Farben M&Ms (jeweils mindestens 10 Stück)
• Becher oder Schüsseln zum verdeckten Ziehen
• Notizzettel und Stifte

Hintergrund:

In der chemischen Reaktion reagieren Säure (z. B. rot) und Alkohol (z. B. grün) zu Ester (z. B. blau) und Wasser (z. B. braun). Diese Reaktion ist umkehrbar, das bedeutet, dass sich auch Ester und Wasser wieder zurück in Säure und Alkohol umwandeln können.

Ablauf:

1. Startaufstellung:

Lege eine Startmenge an M&Ms fest, z. B. 10 rote (Säure) und 10 grüne (Alkohol) in einen Becher.

2. Ziehen der Moleküle:

• Rot + Grün: Reaktion zu Blau (Ester) und Braun (Wasser). Lege diese M&Ms zurück in den Becher.
• Blau + Braun: Rückreaktion zu Rot (Säure) und Grün (Alkohol). Lege diese M&Ms zurück in den Becher.
• Andere Kombinationen: Keine Reaktion, M&Ms kommen zurück in den Becher.

Auswertung:

3. Beobachten des Gleichgewichts:

Wiederhole den Vorgang mehrmals. Notiere nach jeder Runde, wie viele M&Ms jeder Farbe vorhanden sind.

Lege dazu eine solche Tabelle für jeden Versuch an und fülle die Tabelle nach jeder Runde aus:

Runde	Rote (Säure)	Grüne (Alkohol)	Blaue (Ester)	Braune (Wasser)
1	10	10	0	0
2	8	8	2	2

Trage anschließend die Zahl der Ziehungen gegen die Menge an rot und grün auf.

erste Reflexion:

• Wann kommt das System ins Gleichgewicht?
• Was bedeutet das chemische Gleichgewicht in diesem Kontext?

Variation des Versuchs:

• Mehr Säure und Alkohol (z. B. 12 rote und 12 grüne M&Ms)
• Ester und Wasser zusätzlich (z. B. 8 rote, 8 grüne, 2 blaue, 2 braune)
• Nur mehr Säure (z. B. 12 rote und 10 grüne)
• Nur mehr Alkohol (z. B. 10 rote und 12 grüne)

Versuche, durch Variation der Bedingungen möglichst viele unterschiedliche Gleichgewichtszustände zu erzeugen!

Hypothesen vor der Durchführung:

Notiere deine Vermutungen:

• Wie verändert sich das Gleichgewicht, wenn pro Ziehen mehr als zwei M&Ms herausgenommen werden?
• Was passiert, wenn man anfangs mehr Moleküle hinzufügt?

zweite Reflexion:

• Was bedeutet chemisch mehr Atome pro Ziehen zu nehmen?
• Wie muss man die Ausgangsmengen wählen, um mehr von einem Produkt zu bekommen?

Diagramm der M&Ms

Bezeichnung Datenreihe 1:
Bezeichnung Datenreihe 2:

Ziehung	Anzahl M&Ms Reihe 1	Anzahl M&Ms Reihe 2

Modellversuch: M&M-Reaktion als Gleichgewichtsmodell
Modellbestandteil	Modellbedeutung	Chemische Bedeutung
Blaue und braune M&Ms fehlen zu Beginn ↑↓ 10 rote und 10 grüne M&Ms zu Beginn im Becher ↑↓	Nur Edukte vorhanden ↑↓ Produkte entstehen erst im Verlauf ↑↓	Reaktion startet mit starker Hinreaktion ↑↓ Hohe Anfangskonzentration an Säure und Alkohol ↑↓
Blau + Braun ergibt Rot + Grün (Rückreaktion) ↑↓ Andere Kombinationen führen zu keiner Reaktion ↑↓ Rot + Grün ergibt Blau + Braun (Hinreaktion) ↑↓	Beide Reaktionsrichtungen werden simuliert ↑↓ System entwickelt sich dynamisch weiter ↑↓ Regelgeleiteter Zufall als Modell für Teilchenbewegung ↑↓	Hin- und Rückreaktion der Veresterung und Hydrolyse ↑↓ Reaktionsmechanismus: Nur passende Moleküle reagieren ↑↓ Teilchenreaktionen sind zufallsabhängig aber regelbasiert ↑↓
Nach vielen Wiederholungen bleibt Verteilung stabil ↑↓ M&M-Verhältnisse ändern sich mit jeder Runde ↑↓ Gesamtzahl der M&Ms bleibt konstant ↑↓	Teilchen werden nur umverteilt, nicht verbraucht ↑↓ System erreicht Gleichgewichtszustand ↑↓ Hin- und Rückreaktion gleichen sich aus ↑↓	Dynamisches Gleichgewicht bei der Veresterung ↑↓ Reaktionsgeschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion sind gleich ↑↓ Gesamtkonzentration bleibt erhalten – keine Stoffvernichtung ↑↓