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Chemie für Mediziner: Energetik und Kinetik

Chemisches Gleichgewicht

Das chemische Gleichgewicht wird durch das Massenwirkungsgesetz beschrieben. Die darin enthaltene Gleichgewichtskonstante K steht in Beziehung zur Gibbs-Energie G. In (Abb. 1) ist die Veränderung von G im Laufe der Gleichgewichtsreaktion A+ B C+ D aufgetragen.

Abb.1
Veränderung des Gibbs-Energie im Laufe einer Gleichgewichtsreaktion

Hat G ein Minimum erreicht - bei ΔG gleich null -, hat sich ein Reaktionsgleichgewicht eingestellt. In unserem Beispiel ist dieses Gleichgewicht bei einem Umsatz von etwa 80 Prozent erreicht. Es liegen dann noch 20 Prozent der Edukte A + B vor, 80 Prozent wurden in C + D umgesetzt. Ausgehend von den reinen Edukten A + B, also von 0 Prozent Umsatz, wurde als Energie ΔG hin frei, um den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Geht man von den reinen Produkten C + D aus, also von 100 Prozent Umsatz, stellt sich das gleiche Gleichgewicht bei 80 Prozent Umsatz ein (20 Prozent der Produkte reagieren zu Edukten). Dabei wird aber weniger Energie frei: ΔG rück .

In Fachbüchern und Tabellenwerken sind meist genormte Werte (Standardwerte) für die Gibbs-Energie angegeben, weil diese vergleichbar sind und man einfach mit ihnen rechnen kann. So bezeichnet die Standard-Gibbs-Energie ΔG°, die Gibbs-Energie, die bei vollständiger Umsetzung eines Mols A + B zu C + D (im Standardzustand) freigesetzt wird:

ΔG° = ΔG hin ΔG rück

In der Praxis gibt es aber selten Reaktionen, bei denen die Edukte zu 100 Prozent in Produkte umgesetzt werden. Bestimmt man bei solchen nicht vollständig ablaufenden Reaktionen die Konzentrationen der Edukte und Produkte im Gleichgewicht, lässt sich über das Massenwirkungsgesetz die Gleichgewichtskonstante K berechnen. Damit lässt sich über Gleichung die freie Standard-Gibbs-Energie bestimmen.

ΔG = ΔG° + R T ln ( K )

Weil im Gleichgewicht ΔG gleich null ist, vereinfacht sich Gleichung nämlich zu:

ΔG° = R T ln ( K )

Umgekehrt lässt sich bei gegebener Standard-Gibbs-Energie ΔG° mit Gleichung auf die Lage des Gleichgewichts einer Reaktion schließen.

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