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Name: Aisha, 2018-01

 

Chemische Gleichgewichte und Umkehrreaktionen

Bereits in der organischen Chemie hast du eine typische Gleichgewichtsreaktion kennengelernt, nämlich die Veresterung:

Reagiert eine Carbonsäure mit einem Alkohol, so entstehen Ester und Wasser. Bei der Umkehrreaktion, der Esterspaltung (bzw Esterhydrolyse), reagiert ein Ester wiederum mit Wasser zu einer Säure und einem Alkohol:

Säure + Alkohol ⇌ Ester + Wasser


Eine hundertprozentige Produktausbeute ist nicht zu erwarten, da es sich um eine reversible (umkehrbare) Reaktion handelt. Setzt die Veresterung ein, so sinkt anfangs die Konzentration der Ausgangsstoffe und die Konzentration der Produkte nimmt zu, welche dann aber wiederum zerfallen und dies zur Folge hat, dass die Konzentration an Edukten (bzw. Produkten) langsam wieder ansteigt, so dass wieder mehr Produkte gebildet werden. Nach einiger Zeit stellt sich so ein chemisches Gleichgewicht ein:

Modellvorstellung chemisches, dynamisches Gleichgewicht

Im Gleichgewichtszustand werden ebenso viele Estermoleküle gespalten, wie neue gebildet werden. Man könnte meinen, dass die Reaktion abgeschlossen sei, jedoch finden Hin- und Rückreaktionen zur gleichen Zeit statt, sodass sowohl die Stoffmenge der jeweiligen Reaktionspartner als auch die Reaktionsgeschwindigkeit konstant sind. Es liegt ein dynamisches Gleichgewicht vor.

Ein chemisches Gleichgewicht zeichnet sich durch Hin- und Rückreaktionen aus, welche zeitgleich und kontinuierlich erfolgen. Aus einer Umkehrreaktion resultiert (insofern diese in einem geschlossenen System ausgeführt wird) nach einer gewissen Zeit ein chemisches Gleichgewicht, welches ein Zustand beschreibt, bei dem die Reaktionspartner als Gemisch vorliegen. Äußerlich scheint die Reaktion abgeschlossen zu sein, mikroskopisch setzt diese jedoch fort (dynamisches Gleichgewicht). Die Reaktionsgeschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion bleibt ebenso wie die Konzentration der jeweiligen Reaktionspartner konstant.

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Kennzeichen des chemischen Gleichgewichts

Gleichgewichtsreaktion Gleichgewichtszustand Gleichgewichtskonstante

aA + bB ⇌  cC + dD

- reversible Reaktion

- exotherme Reaktion = Hinreaktion
- endotherme Reaktion =Rückreaktion

- Gleichgültig ob die Reaktion durch Edukte oder Produkte
eingeleitet wird, nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein          

- Hin- und Rückreaktion laufen konstant ab,
  daraus folgt: vhin  = vrück

- keine Änderung der Stoffmengenkonzentration

- Produkte und Edukte liegen nebeneinander vor

-  im geschlossenem System zerfallen ebenso viele
   Produkte wie neue gebildet werden
 

        khin       (cC)c + (cD)d
K = ------- = -------------------
       krück       (cA)a + (cB)b

- wird durch Gleichgewichtskonzentrationen
  (hier jeweils mit c angegeben) berechnet

- abhängig von äußeren Einflüssen (Temperatur,Druck etc.)

- im Zähler stehen die Produkte des exothermen Schrittes 

 

Weitere Beispiele für Gleichgewichtsreaktionen:

  • Redox-Gleichgewicht: Iod-Wasserstoff-Gleichgewicht: H2 + I2 ⇌ 2 HI                                                                           
  • Gasgleichgewicht: Stickoxidgleichgewicht: 2NO2  ⇌ N2O
  • Säure-Base-Gleichgewicht: Autoprotolyse des Wassers :H2O + H2⇌ H3O++ OH-

 

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