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Der Gleichgewichtszustand (einer chem. Reaktion) bzw. das chemische Gleichgewicht:

Begriffsklärung:
Zuerst einmal ist es notwendig, sich mit einigen Definitionen vertraut zu machen. Bekanntlich kann man von einem statischen oder einem dynamischen Gleichgewicht sprechen.
Ein dynamisches Gleichgewicht ist ein Zustand, bei dem gegenläufige Prozesse (in der Chemie: Hin- und Rückreaktion) mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen, so dass sich das System (z.B. die Stoffmenge der einzelnen Verbindungen) insgesamt nicht mehr verändert. Ein dynamisches Gleichgewicht kann im Gegensatz zum statischen Gleichgewicht, bei dem kein Prozess mehr abläuft, seine Lage ändern.

Welches System liegt nun bei chemischen Reaktion vor?
Man könnte postulieren, dass irgendwann der Teil Ausgangsstoffe reagiert hat und nun alle Elemente bzw. Verbindungen  unverändert bleiben. Dann würde ein statisches Gleichgewicht vorliegen. Auch das ist in der Chemie nicht der Fall..
Wenn sich das Gleichgewicht einer Reaktion eingestellt hat (Zusammensetzung des Gemisches im Reaktionsgefäß ändert sich nicht mehr), laufen immer noch die beiden gegenläufigen Reaktionen (Edukte reagieren zu Produkten und Produkte reagieren zu den Edukten) ab, und zwar mit gleicher Geschwindigkeit. Dadurch entsteht in der einen Reaktion genauso viel Produkte, wie in der anderen verbraucht wird Es liegt also ein dynamisches Gleichgewicht vor.

 Voraussetzungen für ein dynamisches Gleichgewicht bei chemischen Reaktion:

  •  Sowohl bei der Hinreaktion (z.B. A -> B) als auch bei der Rückreaktion (A <- B) müssen neben den Produkten auch noch Edukte nachgewiesen werden können, z.B. mithilfe spektroskopischer Methoden, d.h. beide Reaktionen laufen nicht vollständig ab.
  • Damit sich ein Gleichgewicht einstellen kann, dürfen keine Reaktionsteilnehmer (z.B. Gase) aus dem Reaktionsraum entweichen, man benötigt also ein abgeschlossenes System.


Definitionen:
Wenn eine Reaktion in beide Richtungen verlaufen kann (Hin- und Rückreaktion), wird diese Reaktion als Gleichgewichtsreaktion bezeichnet. Ändert sich bei einer Gleichgewichtsreaktion die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches nicht mehr, ist das (dynamische) Gleichgewicht der Reaktion erreicht, diesen Zustand bezeichnet man als Gleichgewichtszustand.

Herleitung des Gleichgewichtszustandes:
Der Gleichgewichtszustand einer chem. Reaktion lässt sich mithilfe des Massenwirkungsgesetzes und der Reaktionsgeschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion ableiten.
Betrachtet wird nun folgende (Gleichgewichts)reaktion: Iod und Wasserstoff reagieren zu Wasserstoffiodid.
H2 + I2 -> 2HI (Hinreaktion) und H2 + I2 <- 2HI (Rückreaktion)
Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist abhängig von der Konzentration der Ausgangsstoffe
vHin = kHin c(H2) c(I2)
Die Geschwindigkeit der Rückreaktion ist dementsprechend abhängig von der Konzentration der Produkte:
vRück = kRück c(I2) c(I2) = kRück c(I2)2

Wie bereits erwähnt ist im Gleichgewichtszustand die Geschwindigkeit beider Reaktionen gleich groß vHin = vRück
Damit ergibt sich folgende Beziehung: kHin c(H2) c(I2) = kRück c(I2)2
Fasst man nun  kHin :  kRück  zu der sog. Gleichgewichtskonstante K zusammen, so gilt:

                                                       K = c(I2)2 : [ c(H2) c(I2)]

Allgemein gilt: Dividiert man das mathematische Produkt der Konzentrationen der Endstoffe im Gleichgewicht durch das Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe im Gleichgewicht, so erhält man für jede Reaktion eine charakteristische Konstante, die den Gleichgewichtszustand beschreibt.
 

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