Dynamisches Gleichgewicht
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Eine chemische Reaktion kann reversibel verlaufen, d. h. es findet neben der Umwandlung A + B
C + D auch eine Rückreaktion C + DA + B statt, z. B. bei der Veresterung. In Abhängigkeit von den Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein.
Da zu Beginn der Reaktion ausschließlich die Ausgangsstoffe, also Teilchen A und B vorhanden sind, ist die Wahrscheinlichkeit und damit die Geschwindigkeit der Rückreaktion gleich Null, es erfolgt also immer die Umwandlung A + BC + D.
Mit zunehmender Bildung der Produkte C + D wird jedoch die Wahrscheinlichkeit und damit die Geschwindigkeit der Rückreaktion immer größer, d. h. die Geschwindigkeit der Rückreaktion steigt im gleichen Maße, wie die Geschwindigkeit der Hinreaktion abnimmt.
Zu den Zeitpunkten [Ausgangsstoffe] = [Produkte] sind die Wahrscheinlichkeiten identisch, demnach ist die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion (1).
- vhin = vrück (1)
Es hat sich also nach einiger Zeit ein Zustand eingestellt, in dem sich alle an der Reaktion beteiligten Stoffe in einem Gleichgewicht befinden.
Dieser Gleichgewichtszustand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß im weiteren zeitlichen Verlauf die Menge der durch die Hinreaktion gebildeten Produkte identisch ist mit der durch die Rückreaktion abgebauten Menge, wird auch als dynamisches Gleichgewicht bezeichnet.
Gleichgewichtskonstante
Das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten khin zu krück wird als Gleichgewichtskonstante K bezeichnet. Im einfachsten Fall hat K den Wert Eins und im Gleichgewichtszustand sind die Konzentrationen c der an der Reaktion beteiligten Stoffe identisch. Ihr Verhältnis beträgt ebenso Eins.
Was verändert sich, wenn die Geschwindigkeitskonstante der Hinreaktion nur halb so groß wie die der Rückreaktion ist?
Im Gleichgewichtszustand ist die [Konzentration] der Edukte doppelt so groß wie die Konzentration der Produkte. Die Gleichgewichtskonstante hat mit 0,5 den gleichen Wert, wie das Verhältnis von Produkt- zu Eduktkonzentration im Gleichgewichtszustand. Zusammenfassend ergibt sich der rechnerische Zusammenhang (2), der auch als Massenwirkungsgesetz (MWG) bezeichnet wird:
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(2) |
Beispiel
Bei der Veresterung einer Carbonsäure S mit einem Alkohol A bildet sich ein Ester E sowie Wasser W:
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