14.1: Fließgleichgewicht

Eine reversible chemische Reaktion stellt einen chemischen Prozess dar, der sowohl in Vorwärtsrichtung (von links nach rechts) als auch in umgekehrter Richtung (von rechts nach links) abläuft. Wenn die Geschwindigkeit der Vorwärts- und Rückwärtsreaktion gleich ist, bleiben die Konzentrationen des Reaktanten und der Produktspezies über die Zeit konstant und das System befindet sich im Gleichgewicht. Ein spezieller Doppelpfeil wird verwendet, um die reversible Natur der Reaktion zu betonen. Die relativen Konzentrationen von Reaktanten und Produkten in Gleichgewichtssystemen variieren stark; Einige Systeme enthalten hauptsächlich Gleichgewichtsprodukte, andere hauptsächlich Reaktanten und einige nennenswerte Mengen von beiden.

Dynamisches Gleichgewicht in chemischen Reaktionen

Betrachten Sie die reversible Zersetzung von farblosem Distickstofftetroxid zu braunem Stickstoffdioxid, die durch die Gleichung beschrieben wird:

Zu Beginn der Reaktion (Zeit = 0) ist die Konzentration des N₂O₄ -Reaktanten endlich und die des NO₂ -Produkts Null, so dass die Vorwärtsreaktion mit einer endlichen Geschwindigkeit abläuft, während die Umkehrreaktion Null ist. Im Laufe der Zeit wird N₂O₄ verbraucht und seine Konzentration sinkt, während NO₂ produziert wird und seine Konzentration zunimmt. Die abnehmende Konzentration des Reaktanten verlangsamt die Vorwärtsreaktionsgeschwindigkeit, und die zunehmende Produktkonzentration beschleunigt die Rückreaktionsgeschwindigkeit. Dieser Prozess wird so lange fortgesetzt, bis die Vorwärts- und Rückwärtsreaktionsgeschwindigkeiten gleich sind, dann hat die Reaktion das Gleichgewicht erreicht. Es ist wichtig zu betonen, dass chemische Gleichgewichte dynamisch sind; Eine Reaktion im Gleichgewicht hat nicht “aufgehört”, aber sie verläuft in der gleichen Geschwindigkeit vorwärts und rückwärts. Im Gleichgewicht ändern sich also die Konzentrationen von_N2O₄ und NO₂ nicht mehr, weil die Bildungsrate von NO₂ genau gleich der Verbrauchsrate von NO₂ und die Bildungsrate von N₂O₄ genau gleich der Verbrauchsrate von N₂O₄ ist.

Homogene und heterogene Gleichgewichte

Ein homogenes Gleichgewicht ist ein Gleichgewicht, in dem alle Reaktanten und Produkte (und gegebenenfalls alle Katalysatoren) in derselben Phase, entweder in der wässrigen oder in der gasförmigen Phase, vorliegen, wie die folgenden Beispiele veranschaulichen:

Ein heterogenes Gleichgewicht umfasst Reaktanten und Produkte in zwei oder mehr verschiedenen Phasen, wie das folgende Beispiel zeigt:

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