Chemisches Gleichgewicht – Massenwirkungs – gesetz

4.5.1 Zustand des chemischen Gleichgewichts

Bisher wurde bei der Betrachtung chemischer Reaktionen haufig eine vollstandige Umwandlung der Ausgangsstoffe in die Reaktionsprodukte angenommen. Wahlt man entsprechende Reaktionsbedingungen, ist diese Betrachtungsweise fur eine Reaktion wie die Umsetzung von Zink (Zn) mit Salzsaure (HC1) durchaus berechtigt. Setzt man die Salzsaure im Uberschuss zu, ist die Reaktion Zn + 2 H30+ + 2 СГ Zn2+ + H2 + 2 H20 + 2 СГ erst dann beendet, wenn alles Zn vollstandig verbraucht wurde. Der entstehende Wasserstoff entweicht gasformig aus dem offenen System. Man geht in diesem Fall von einem vollstandigen Stoffumsatz aus.

Die quantitative Bildung von Reaktionsprodukten ist jedoch ein Grenzfall. Er kann streng genommen nur bei einigen heterogenen Reaktionen realisiert werden, bei denen die Ausgangsstoffe in unterschiedlicher Phase vorliegen. Bei zahlreichen homogenen

Reaktionen (Gas – und Losungsreaktionen) setzen sich die Reaktionspartner nicht voll- standig miteinander um. Die Reaktion kommt zum Stillstand, wenn sich ein be- stimmtes konstantes Verhaltnis zwischen den Stoffmengen der Edukte und der Pro- dukte eingestellt hat. Man spricht vom Zustand des chemischen Gleichgewichts. In der Reaktionsgleichung kennzeichnet man eine Gleichgewichtsreaktion durch einen Doppelpfeil.

Hinreaktion

A + В ■*■-■■■…… •.. C + D

Rtickreaktion

Bei der Einstellung des chemischen Gleichgewichts verringem sich die Konzentratio – nen der Edukte A und B, die Geschwindigkeit der Hinreaktion nimmt folglich ab. In gleicher Weise erhohen sich die Konzentrationen der Reaktionsprodukte und die Ge­schwindigkeit der Rtickreaktion nimmt allmahlich zu.

Im Zustand des chemischen Gleichgewichts laufen Hin – und Rtickreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ab (dynamisches Gleichgewicht). Obwohl makroskopisch keine Konzentrationsanderungen feststellbar sind, linden eine standige Bildung und ein standiger Zerfall der Reaktionsprodukte statt.

Der Zustand des chemischen Gleichgewichts ist scheinbar ein Zustand chemischer Unveranderlichkeit in einem Reaktionssystem. Woran erkennt man also das Vorliegen eines chemischen Gleichgewichts? Folgende Punkte mtissen erfullt sein:

• Stoffzusatz fuhrt zu weiterer Reaktion, die gleiche Wirkung hat das Entfemen ei­nes Stoffes aus dem Reaktionssystem im Gleichgewichtszustand.

• Ein chemisches Gleichgewicht reagiert empfindlich auf Anderungen des Drucks und der Temperatur.

• Ein chemisches Gleichgewicht ist sowohl von Seiten der Edukte als auch der Pro – dukte her einstellbar.

Betrachten wir zum Beispiel das Gleichgewicht 2 CO + 02 ^ 2 C02. Es ist gleichgtiltig, ob bei einer bestimmten Temperatur T das CO mit 02 reagiert oder ob C02 auf die Temperatur T gebracht wird. Stets stellen sich die gleichen konstanten Volumenverhaltnisse zwischen den Gasen CO, C02 und 02 ein.

Im strengen Sinne kann sich ein chemisches Gleichgewicht nur in einem abgeschlos – senen System ausbilden. Ftir eine konstante Temperatur T andert sich im Gleichge­wichtszustand weder die Zusammensetzung des Systems noch wird Energie mit der Umgebung ausgetauscht.