Chemisches Gleichgewicht, ein Zustand im Verlauf einer reversiblen chemischen Reaktion, bei der keine Nettoänderung der Mengen an Reaktanten und Produkten auftritt. Eine reversible chemische Reaktion ist eine, bei der die Produkte, sobald sie gebildet werden, reagieren, um die ursprünglichen Reaktanten zu produzieren. Im Gleichgewicht gehen die beiden gegensätzlichen Reaktionen mit gleichen Raten oder Geschwindigkeiten weiter, daher gibt es keine Nettoänderung in den Mengen der beteiligten Substanzen. An dieser Stelle kann die Reaktion als abgeschlossen betrachtet werden; d.h.,, für einige spezifizierte Reaktionsbedingungen wurde die maximale Umwandlung von Reaktanten in Produkte erreicht.
Die Bedingungen, die das Gleichgewicht betreffen, können quantitative Formulierung gegeben werden., Zum Beispiel wird für die reversible Reaktion A ⇋ B + C die Reaktionsgeschwindigkeit nach rechts, r1, durch den mathematischen Ausdruck (basierend auf dem Gesetz der Massenwirkung) r1 = k1(A) gegeben, wobei k1 die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ist und das Symbol in Klammern die Konzentration von A darstellt A. Die Reaktionsgeschwindigkeit nach links, r2, ist r2 = k2(B)(C). Im Gleichgewicht, r1 = r2, also:
Der index e steht für Bedingungen in einem Gleichgewicht., Für eine gegebene Reaktion ist bei einer bestimmten Temperatur-und Druckbedingung das Verhältnis der im Gleichgewicht vorhandenen Mengen an Produkten und Reaktanten, die jeweils auf ihre jeweiligen Kräfte angehoben werden, eine Konstante, die als Gleichgewichtskonstante der Reaktion bezeichnet wird und durch das Symbol K dargestellt wird Der Wert der Gleichgewichtskonstante variiert mit der Temperatur und dem Druck nach dem Prinzip von Le Chatelier (siehe Le Chatelier, Henry-Louis).
Mit Methoden der statistischen Mechanik und der chemischen Thermodynamik kann gezeigt werden, dass die Gleichgewichtskonstante mit der Änderung der thermodynamischen Größe zusammenhängt, die als standardmäßige Gibbs-freie Energie bezeichnet wird, die die Reaktion begleitet., Die Gibbs-Standard-freie Energie der Reaktion, ΔG°, die die Differenz zwischen der Summe der Standard-freien Energien der Produkte und der der Reaktanten ist, ist gleich dem negativen natürlichen Logarithmus der Gleichgewichtskonstante multipliziert mit der sogenannten Gaskonstante R und der absoluten Temperatur T:
Die Gleichung ermöglicht die Berechnung der Gleichgewichtskonstante oder der relativen Mengen der im Gleichgewicht vorhandenen Produkte und Reaktanten aus gemessenen oder abgeleitete Werte von standardfreien Energien von Substanzen.
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