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freie Reaktionsenthalpie und Gleichgewichtslage
Für die Veresterungsreaktion
H
O
H
H
H
O
H
H
H
C
C
OH +
HO
C
C
H
H 2
SO 4
H
C
C
O
C
C
H + H 2
O
H
Ethansäure (S)
H H
H
H H
Ethanol (A) Ethansäureethylester (E) Wasser (W)
kurz: S + A E + W gilt: K = 4 und ∆ R
G° = -3,4 kJ/mol.
Die Reaktion läuft von links nach rechts freiwillig ab, wenn alle Reaktionspartner im Gemisch
mit der Konzentration 1 mol/L vorliegen.
Dies gilt aber offensichtlich nicht mehr, wenn nur E und W Moleküle vorliegen, oder wenn
diese im großen Überschuss vorliegen. In diesem Fall ist die Rückreaktion schneller als die
Hinreaktion und die Reaktion wird endergonisch ∆ R
G > 0 (ohne °, da die Reaktionsteilnehmer
nicht mehr in der Konzentration 1 mol/L vorliegen).
Bei welcher Zusammensetzung des Gemisches wird eine Reaktion endergonisch oder
exergonisch?
Um diese Frage zu klären sei daran erinnert, dass die Zusammensetzung eines Gemisches
durch den Reaktionsquotienten Q beschrieben wird.
Für die Veresterung gilt: Q= c ⋅c E W
c
.
S
⋅c A
Wenn der Reaktionsquotient gleich K ist (Q = K), so hat sich das Gleichgewicht eingestellt.
Ist Q < K, so findet die Hinreaktion bevorzugt statt (exergonische Reaktion ∆ R
G < 0). Durch
diesen Vorgang steigen die Konzentrationen von Ester- und Wassermolekülen an, die sich im
Zähler von Q befinden, während die Nennerkonzentrationen c S
und c A
sinken bis sich bei Q =
K das Gleichgewicht eingestellt hat.
Für Q > K läuft die Rückreaktion bevorzugt ab (endergonische Reaktion ∆ R
G > 0).
Nun ist auch klar, dass für ∆ R
G = 0 das Gleichgewicht erreicht ist.
Es lässt sich festhalten, dass ∆ R
G° angibt, ob eine Reaktion freiwillig abläuft, wenn alle
Konzentrationen 1 mol/L sind, bzw. wenn Q = 1 ist.
∆ R
G beschreibt die Freiwilligkeit einer Reaktion bei der beliebigen Zusammensetzung Q.