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Chemisches Gleichgewicht

Die Gibbs-Energie und die Gleichgewichtskonstante

Um die Gleichgewichtskonstante K

Δ r G = R T ln K ln K = Δ r G R T K = e Δ r G R T R = allgemeine Gaskonstante T = absolute Temperatur

zu bestimmen, wird die Standardreaktionsarbeit Δ r G

Δ r G = Δ r H T Δ r S

entweder direkt aus Tabellen entnommen oder aus der Standardreaktionsenthalpie Δ r H und Standardreaktionsentropie Δ r S berechnet (Reaktionsenthalpie, Reaktionsentropie). Die Enthalpien und Entropien können ebenfalls in manchen Fällen Tabellen entnommen werden. Sind keine Tabellenwerte vorhanden, werden die Größen aus entsprechenden Bildungswerten berechnet.

Δ r G = i ν i Δ f G i Δ r H = i ν i Δ f H i Δ r S = i ν i Δ f S i ν i = stöchiometrische Zahl Δ f G i = Standard-Gibbs-Bildungsenergie Δ f H i = Standard-Bildungsenthalpie Δ f S i = Standard-Bildungsentropie

Die Wärmetönung Q p der Reaktion und damit die Reaktionsenthalpie Δ r H kann mit einem Bombenkalorimeter bei konstantem Druck p bestimmt werden.

( Δ H ) p = Q p

Die Reaktionsenthalpie kann auch aus den Wärmekapazitäten C p , m , i der Reaktionsteilnehmer berechnet werden (Kirchhoff'scher Satz).

Δ r H ( T 2 ) = Δ r H ( T 1 ) + T 1 T 2 Δ C p d T Δ C p = i ν i C p , m , i

Die einzelnen Entropien der Reaktionsteilnehmer werden durch Integration der Wärmekapazitäten errechnet.

S i ( T 2 ) = S i ( T 1 ) + T 1 T 2 C m , p , i T d T

Es ist darauf zu achten, dass die Angabe einer Gleichgewichtskonstante nur sinnvoll im Zusammenhang mit der zugehörigen Reaktionsgleichung im Gleichgewicht erscheint.

ν 1 A 1 + ν 2 A 2 + ... ν j A j + ν j + 1 A j + 1 + ...

Ein Formelumsatz bezieht sich auf die Formulierung der Reaktionsgleichung mit kleinsten, ganzzahligen stöchiometrischen Zahlen. Teile oder Vielfache des Formelumsatzes ergeben andere Reaktionsenthalpien, -entropien und Gleichgewichtskonstanten. Mit der Formulierung der Gleichgewichtsreaktion ist auch festgelegt, welche Reaktanden als Edukte und Produkte anzusehen sind.

Das Bildungs- bzw. Zerfallsgleichgewicht von Ammoniak soll diesen Zusammenhang verdeutlichen.

Ammoniaksynthese

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