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Chemisches Gleichgewicht

Chemisches Potenzial

Stoffgleichgewicht

Wenn ein Stoff gleichzeitig in mehreren Phasen vorliegt, dann findet solange ein Stofftransport dieses Stoffes von einer Phase in andere statt, bis die für geschlossene Systeme im isobaren und isothermen Fall gültige Gleichgewichtsbedingung

A ( α ) A ( β ) A ( γ ) ... ( d G ) p , T = i μ ( i ) d n ( i ) = 0 G = Gibbs-Energie μ ( i ) = chemisches Potenzial der Phase i n ( i ) = Molzahl von Stoff A in Phase i

erfüllt ist.

Man kann auch sagen, dass bei Vorliegen eines Stoffgleichgewichts im thermischen Gleichgewicht die chemischen Potenziale des Stoffes in den koexistenten Phasen gleich sind.

μ ( α ) = μ ( β ) = μ ( γ ) = ...

Die Konzentrationen des Stoffes in den einzelnen Phasen sind im Gleichgewichtszustand konstant. z.B. kann ein Stoff aus einer wässerigen Phase in eine etherische Phase extrahiert werden.

Phasengleichgewicht

Phasen wandeln sich solange ineinander um, bis die Änderung der Gibbs-Energie (Freie Enthalpie) null ist oder die chemischen Potenziale der Phasen gleich sind.

α ( A ) β ( A ) γ ( A ) ... ( d G ) p , T = i μ ( i ) d n ( i ) = 0 μ ( α ) = μ ( β ) = μ ( γ ) = ...

Im Gleichgewicht ändern sich die Phasenmengen nicht mehr, z.B. bestehen Wasser und sein Dampf bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck nebeneinander. Werden die Bedingungen geändert, wird solange eine Phase in die andere umgewandelt, bis wieder Gleichgewicht zwischen den Phasen herrscht (Phasendiagramm).

Reaktionsgleichgewicht

Eine chemische Reaktion ist im Gleichgewicht, wenn die Änderung der Gibbs-Energie null ist und die Summe der chemischen Potenziale der Edukte und Produkte gleich sind.

A 1 + A 2 + ... A k + A k+1 + ... ( d G ) p , T = i μ i d n i = 0 Pr o μ i = E d u μ i

Z.B. führt die Reaktion von Essigsäure und Ethanol zu einem Gleichgewichtszustand.

Chemische Reaktionen verlaufen im Allgemeinen in Einphasensystemen. Die Reaktionsteilnehmer sind dann die Komponenten des Phasensystems. Systeme, in denen chemische Reaktionsgleichgewichte vorliegen, können aber auch sehr unterschiedlich aufgebaut sein. Man unterscheidet homogene Gasgleichgewichte (Reaktionen in der Gasphase), Lösungsgleichgewichte (Reaktionen mit Gelöstem) oder heterogene Gleichgewichte (Reaktionen in Mehrphasensystemen).

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