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Chemie für Studierende der Biologie I Merkzettel V Irreversible und reversible Reaktionen Irreversible Reaktionen sind solche Reaktionen, die spontan nur in eine Richtung ablaufen, während reversible Reaktionen in beide Richtungen ablaufen können. Von Natur aus entscheidet die Energiedifferenz zwischen den Ausgangsstoffen (Edukten) und den Produkten, ob eine Reaktion reversibel ist oder nicht. Ist diese Energiedifferenz zu groß, ist die Reaktion irreversibel. Daneben kann eine reversible Reaktion aus ganz praktischen Gründen irreversibel werden: • Eines oder mehrere Produkte sind gasförmig und entweichen. Sie stehen damit für die Rückreaktion nicht zur Verfügung. • Eines oder mehrere Produkte sind schwerlösliche Feststoffe, die sich als Bodensatz absetzen. Damit stehen sie für die Reaktion ebenso wenig zur Verfügung. • In der chemischen Produktion macht man aus reversiblen Reaktionen irreversible, indem man eines oder mehrere Produkte aus dem Reaktionskessel entnimmt. In der Biochemie ist das nicht anders, hier werden z.B. Reaktionsprodukte an Proteine gebunden, so daß sie nicht mehr zurück reagieren können. Das chemische Gleichgewicht Das chemische Gleichgewicht macht Aussagen über die Verteilung von Edukten und Produkten in einem Reaktionsgemisch bei reversiblen Reaktionen. Wichtig: Das chemische Gleichgewicht ist ein dynamisches Gleichgewicht, kein statisches. Abb. 2: Statisches Gleichgewicht (2) Die beiden Aquarien in Abb. 3 befinden sich in einem dynamischen Gleichgewicht, d.h. im zeitlichen Mittel befinden sich in beiden Becken gleich viele weiße und schwarze Fische. Dabei sind die Fische nicht an ein Becken gebunden, sondern schwimmen hin und her. Würde man einen einzelnen Fisch beobachten, wäre er die Hälfte der Zeit in dem einen Becken, die andere in dem anderen Becken. Dabei sind natürlich etwaige soziale Faktoren – wie Schwarmverhalten – außer acht zu lassen. Daniel Kühne, AG Wanczek Abb. 3: Dynamisches Gleichgewicht (3) - 2/4 –
Chemie für Studierende der Biologie I Merkzettel V Das Fischgleichgewicht könnte man übrigens stören, indem man in das eine Becken Futter wirft. Für die reversible chemische Reaktion bedeutet das, daß genau so viel Eduktmoleküle zu Produktmolekülen reagieren, wie Produktmoleküle zu Eduktmolekülen. Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist in diesem Fall genauso groß wie die Geschwindigkeit der Rückreaktion. Im Gleichgewicht kommt die Reaktion also nicht zum Stillstand, sondern es ändert sich lediglich die absolute Zahl der beteiligten Moleküle nicht mehr. Das Massenwirkungsgesetz Um das chemische Gleichgewicht quantitativ zu beschreiben, wendet man das Massenwirkungsgesetz (MWG) an. Die Gleichgewichtskonstante K ist der Quotient aus Produkt- und Eduktkonzentrationen: Daniel Kühne, AG Wanczek K = [ Produkt1 ] ⋅[ Produkt 2 ] [ Edukt ] ⋅[ Edukt ] 1 Bei Gasen kann man statt der Konzentrationen die Partialdrücke einsetzen. Der Partialdruck eines Gases ist der anteilige Druck, den das Gas am Gesamtdruck hat (nach dem Daltonschen Gesetz sind Partialdrücke additiv). Die Gleichgewichtskonstante ist temperaturabhängig. Bei Gasen spielt auch der Druck eine Rolle. Katalysatoren hingegen beeinflussen lediglich die Geschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung, nicht die Gleichgewichtslage selbst. Mit Hilfe das Massenwirkungsgesetzes lassen sich einige Dinge berechnen: 1. Hat man ein Reaktionsgemisch, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, und kennt man die Konzentrationen der in der Mischung befindlichen Reaktionspartner, so kann man die Gleichgewichtskonstante berechnen. 2. Hat man nur die Gleichgewichtskonstante, so kann man vorhersagen, in welchem Verhältnis sich Produkte und Edukte im chemischen Gleichgewicht befinden werden. 3. Hat man die Gleichgewichtskonstante und z.B. die Eduktkonzentrationen im Gleichgewicht, so kann man daraus die Produktkonzentrationen im Gleichgewicht berechnen. 4. Hat man die Gleichgewichtskonstante und sämtliche Konzentrationen im Gemisch, so kann man ausrechnen, ob sich das System im chemischen Gleichgewicht befindet. Wenn nicht, kann man vorhersagen in welche Richtung die Reaktion ablaufen wird. - 3/4 – 2
Seite 1: Chemie für Studierende der Biologi

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