Chemisches Gleichgewicht

Die Gleichgewichtskonzentrationen der Edukte und Produkte sind konstant und für jede Reaktion charakteristisch.

Im Gleichgewicht ist die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion.

Ableitung

Im Verlauf einer Gleichgewichtsreaktion nimmt die Konzentration der Edukte ständig ab. Dadurch verringert sich auch die Geschwindigkeit der Hinreaktion. Gleichzeitig nimmt die Konzentration der Produkte ständig zu. Dadurch vergrößert sich die Geschwindigkeit der Rückreaktion. Sind schließlich beide Reaktionsgeschwindigkeiten gleich, wird in gleichen Zeitspannen ebenso viel Produkt wie Edukt gebildet: Das Gleichgewicht ist erreicht.

Für die Reaktion gilt:

im Gleichgewichtszustand gilt dann:

Daraus folgt:

Zeichenerkärung: k_hin: Geschwindigkeitskonstante der Hinreaktion; k_rück: Geschwindigkeitskonstante der Rückreaktion; K: Gleichgewichtskonstante oder Massenwirkungskonstante

Ist die Gleichgewichtskonstante sehr groß, liegt das Gleichgewicht praktisch vollständig auf der Seite der Produkte.

Ist die Gleichgewichtskonstante sehr klein, liegt das Gleichgewicht praktisch vollständig auf der Seite der Edukte.

Konzentrationsänderungen

Soll ein Gleichgewicht vollständig zugunsten eines Produkts ablaufen, genügt es, eines der Produkte aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen. Dadurch wird die Rückreaktion unterbunden.

Verändert man die Konzentration von einem der am Gleichgewicht beteiligten Stoffe, ändern sich die Konzentrationen aller anderen Partner.

Da das Gleichgewicht nur von der Temperatur und ggf. vom druck abhängt, erfolgt die Änderung mit dem Ziel, das ursprüngliche Gleichgewicht wieder herzustellen. Für eine Gleichgewichtsreaktion

lassen sich dabei folgende Fälle unterscheiden:

Änderung	bewirkt
Zugabe von A bzw. B	Zunahme der Produkte
Zugabe von C bzw. D	Zunahme der Edukte
Entzug von A bzw. B	Zunahme der Edukte
Entzug von C bzw. D	Zunahme der Produkte

Beispiele:

• Fällungsreaktionen
• Fehlingreaktion
• Eisenrhodanit-Reaktion

Eine Temperaturänderung führt immer zu einer Änderung der Gleichgewichtskonzentrationen. Welche Konzentration dabei zunehmen bzw. abnehmen, hängt davon ab, ob die Bildung der Produkte exotherm oder endotherm ist:

Störung	Art der Reaktion	Zunahme der
Temperaturerhöhung	exotherm	Edukte
	endotherm	Produkte
Temperaturerniedrigung	exotherm	Produkte
	endotherm	Edukte

Eine von außen bewirkte Volumenänderung beeinflusst chemische Gleichgewichte ohne Beteiligung von Gasen kaum und solche, bei denen gasförmige Stoffe beteiligt sind, nur dann, wenn sich die Teilchenzahl in der Gasphase durch Gleichgewichtsverschiebung ändert. Bei Änderung der Teilchenzahl bewirkt eine Volumenänderung eine Druckänderung, die geringer ausfällt, als wenn die Gase zu keiner Reaktion fähig wären. Eine Volumenverkleinerung /-vergrößerung verschiebt das Gleichgewicht in Richtung geringerer / größerer Teilchenzahl des gasförmigen Systems. Dadurch fällt die Druckerhöhung weniger stark aus.

Gleichgewichtsreaktionen, an denen Gase beteiligt sind, sind häufig mit einer Änderung der Teilchenzahl verbunden. In einem geschlossenen System kann man daher je nach Reaktionsbedingungen eine Druckänderung oder eine Volumenänderung feststellen.

Die Lage des Gleichgewichts kann durch eine Druckerhöhung von außen beeinflusst werden: - bei konstantem Reaktionsvolumen durch weitere Zufuhr von Edukten - bei veränderlichem Reaktionsvolumen durch Komprimieren Wird ein einem geschlossenen Stoffsystem der Druck erhöht, verlagert sich das Gleichgewicht nach der Seite geringerer Teilchenzahlen.

Bei Reaktionen, die mit keiner Änderung der Teilchenzahl verbunden sind, führt eine Druckänderung zu keiner Verschiebung des Gleichgewichts.

Einen besonderen Fall stellen Gleichgewichtsreaktionen dar, bei denen gasförmige Produkte vorliegen.

Findet die Reaktion in einem offenen System statt, kann das bei der Reaktion entstehende gas ständig entweichen. Dadurch wird ständig neues Gas produziert, das wiederum entweicht. Diese Störung des Gleichgewichts führt dazu, dass es sich nicht mehr einstellen kann: die Reaktion verläuft vollständig zur Produktseite.