dynamisches Gleichgewicht - Chemie

Hi,

Im chemischen Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion in einem geschlossenen System gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit ab. Obwohl die Konzentrationen der Edukte und der Produkte konstant sind,
findet auf Teilchenebene ein Stoffumsatz statt, sodass man von einem dynamischen Gleichgewicht spricht.
Die Zeit bis zur Einstellung der konstanten Konzentrationen nennt man Einstellzeit des chemischen Gleichgewichts. Die Einstellzeiten sind abhängig von der Aktivierungsenergie der Reaktion und reichen von wenigen Sekundenbruchteilen bis zu nahezu unendlichen Zeitspannen von vielen Jahren.
Die Einstellzeit ist für eine gegebene Reaktion spezifisch und kann durch Katalysatoren verändert werden.

Betrachten wir beispielsweise die Bildung von Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff.

Die Reaktion ist thermodynamisch eigentlich schon bei Raumtemperatur möglich. Sie verläuft jedoch unendlich langsam, sodass sich ein Gleichgewicht erst nach vielen Jahren einstellen würde. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch Erhöhung der Temperatur und Verwendung eines Katalysators beschleunigt werden. Bei Temperaturen oberhalb 400°C und unter Nutzung eines Eisenoxid-Katalysators stellt sich das Gleichgewicht innerhalb so kurzer Zeit ein, dass die Reaktion zur technischen Ammoniaksynthese genutzt werden kann.

Da bei einer Gleichgewichtsreaktion die Produkte ab einer bestimmten Konzentration immer wieder zu den Edukten zurückreagieren, kann man so keinen vollständigen Stoffumsatz errzielen. Dies ist natürlich gerade für industrielle Anforderungen ungünstig. Allerdings kann man die Ausbeute bei Gleichgewichtsreaktionen durch einen einfachen Trick trotzdem deutlich erhöhen. Mann muss dazu lediglich Einfluss auf die Konzentrationen der Stoffe nehmen. Dazu hat man prinzipiell zwei Möglichkeiten. Entweder man erhöht die Konzentration eines der Edukte oder man entfernt kontinuierlich das entstehende Produkt und verringert dadurch dessen Konzentration im Reasktionsgemisch. Dadurch wird das System daran gehindert den Gleichgewichtszustand zu erreichen und es wird ständig Produkt gebildet. Dies lässt sich auch technisch nutzen.