Das chemische Gleichgewicht - Grundlagen und Merkmale
Das chemische Gleichgewicht ist ein fundamentales Konzept in der Chemie, das für viele Reaktionen und industrielle Prozesse von Bedeutung ist. Es beschreibt einen Zustand, in dem eine chemische Reaktion scheinbar zum Stillstand kommt, obwohl auf molekularer Ebene weiterhin Reaktionen stattfinden.
Voraussetzungen für ein chemisches Gleichgewicht sind:
- Ein unvollständiger Stoffumsatz, bei dem nicht alle Ausgangsstoffe verbraucht werden.
- Eine reversible Reaktion, die in beide Richtungen ungehindert ablaufen kann.
- Ein geschlossenes oder abgeschlossenes System, das keinen Stoffaustausch mit der Umgebung zulässt.
Definition: Eine reversible Reaktion ist eine chemische Reaktion, die in beide Richtungen ablaufen kann und bei der Produkte wieder zu Ausgangsstoffen reagieren können.
Zu den wichtigsten Merkmalen des chemischen Gleichgewichts gehören:
- Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion.
- Es handelt sich um einen unvollständigen Stoffumsatz, bei dem Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte gleichzeitig vorhanden sind.
- Die Konzentrationen von Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten bleiben konstant.
- Das chemische Gleichgewicht kann von beiden Seiten eingestellt werden.
Highlight: Das chemische Gleichgewicht ist ein dynamischer Zustand, in dem ständig Reaktionen ablaufen, aber makroskopisch keine Veränderungen sichtbar sind.
Ein wichtiges Prinzip zur Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts ist das Prinzip von Le Chatelier und Braun. Es besagt, dass ein System im Gleichgewicht auf äußere Einflüsse so reagiert, dass es diese Einflüsse abschwächt.
Example: Bei der Synthesegaserzeugung CO+3H2⇌CH4+H2O führt eine Temperaturerhöhung zur Begünstigung der endothermen Reaktion, während eine Temperaturverringerung die exotherme Reaktion fördert.
Die Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts kann durch verschiedene Faktoren erfolgen:
- Temperatur: Erhöhung fördert endotherme Reaktionen, Verringerung fördert exotherme Reaktionen.
- Druck: Erhöhung begünstigt Reaktionen mit Volumenabnahme, Verringerung fördert Reaktionen mit Volumenzunahme.
- Konzentration: Erhöhung der Ausgangsstoffe verschiebt das Gleichgewicht zugunsten der Produkte, Verringerung zugunsten der Ausgangsstoffe.
Diese Prinzipien finden Anwendung in wichtigen chemisch-technischen Prozessen wie der Herstellung von Methanol, Methanal und Ammoniak.