- Eigenschaften reversibler Reaktionen
- Allgemeine Gleichung und Gleichgewicht
- Le Châtelier-Prinzip
- Chemische Veränderungen
- Chemische Spezies
- Beispiele für reversible Reaktionen
- Kobaltchloridlösung
- Jodwasserstoff
- Hydrolyse
- Chromat-Dichromat-Lösung
- Ammoniak
- Veresterung
- Verweise
Eine reversible Reaktion ist eine Reaktion , die irgendwann in ihrem Verlauf einen Gleichgewichtszustand erreicht, in dem die Konzentrationen der Reaktanten und Produkte konstant bleiben; Das heißt, sie variieren nicht, da die Geschwindigkeit, mit der einer verbraucht wird, dieselbe ist, mit der der andere erscheint. Ein solcher Zustand soll auch einem dynamischen Gleichgewicht entsprechen.
Das Gleichgewicht könnte jedoch als Folge der Reversibilität einer chemischen Reaktion gesehen werden; da bei irreversiblen Reaktionen kein Gleichgewicht hergestellt werden kann. Dazu müssen die Produkte unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen miteinander reagieren können, wodurch die Reaktanten zurückkehren.
Das Doppelpfeilsymbol zeigt an, dass eine Reaktion reversibel ist. Quelle: Dieses SVG-Bild wurde von Medium69 erstellt. CD-Bild SVG a été créée par Medium69
Dies wird durch die Verwendung des Doppelpfeilsymbols (mit zwei antiparallelen Köpfen) zu stark vereinfacht. Wenn wir es in einer chemischen Gleichung sehen, bedeutet dies, dass die Reaktion in beide Richtungen abläuft: von links nach rechts (Produktbildung) und von rechts nach links (Reaktanten- oder Reaktantenbildung).
Die Minderheit der chemischen Reaktionen ist reversibel und findet sich hauptsächlich in organischen und anorganischen Synthesen. In diesen Fällen ist es äußerst wichtig zu wissen, welche Bedingungen das Gleichgewicht begünstigen, um die Produktmengen abzuschätzen, die erhalten werden können.
Eigenschaften reversibler Reaktionen
Allgemeine Gleichung und Gleichgewicht
Eine reversible Reaktion hat die folgende allgemeine Gleichung, wenn man bedenkt, dass es nur zwei Reaktanten gibt, A und B:
A + B ⇌ C + D.
Der Doppelpfeil zeigt an, dass A und B unter Bildung von C und D reagieren, aber auch C und D miteinander reagieren können, um die Reaktanten zu regenerieren. das heißt, die Reaktion in der entgegengesetzten Richtung von rechts nach links findet statt.
Die direkte Reaktion erzeugt Produkte, während die umgekehrte reaktiv ist. Wenn einer exotherm ist, muss der andere logischerweise endotherm sein, und beide treten spontan auf; aber nicht unbedingt mit der gleichen Geschwindigkeit.
Zum Beispiel können A und B kleiner oder instabiler als C und D sein; und deshalb werden sie schneller verbraucht, als C und D sie regenerieren können.
Wenn die Produkte C und D kaum miteinander reagieren, kommt es zu einer größeren Anreicherung von Produkten als von Reaktanten. Dies bedeutet, dass wir bei Erreichen des chemischen Gleichgewichts höhere Konzentrationen von C und D als von A oder B haben, unabhängig davon, ob ihre Konzentrationen nicht variieren.
Das Gleichgewicht soll sich dann nach links verschieben, wo es mehr Produkte als Reaktanten gibt.
Le Châtelier-Prinzip
Eine reversible Reaktion ist dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer chemischen Gleichung in beide Richtungen stattfindet, einen Gleichgewichtspunkt erreicht und auf äußere Veränderungen oder Einflüsse nach dem Prinzip von le Châtelier reagiert.
Dank dieses Prinzips konnten Berthollets Beobachtungen im Jahr 1803 erklärt werden, als er Na 2 CO 3 -Kristalle in einem Sandsee in Ägypten erkannte . Die Doppelverdrängungsreaktion wäre:
Na 2 CO 3 (aq) + CaCl 2 (aq) ⇌ NaCl (aq) + CaCO 3 (aq)
Damit die Rückreaktion stattfinden kann, muss ein Überschuss an NaCl vorhanden sein, und daher würde sich das Gleichgewicht nach rechts verschieben: in Richtung der Bildung von Na 2 CO 3 .
Diese Eigenschaft ist von großer Bedeutung, da auf die gleiche Weise die Drücke oder Temperaturen manipuliert werden, um die Richtung der Reaktion zu begünstigen, die von der interessierenden Spezies erzeugt wird.
Chemische Veränderungen
Die chemischen Veränderungen bei reversiblen Reaktionen sind tendenziell weniger offensichtlich als bei irreversiblen Reaktionen. Es gibt jedoch Reaktionen, insbesondere solche mit Metallkomplexen, bei denen temperaturabhängige Farbänderungen auftreten.
Chemische Spezies
Jede Art von Verbindung kann an einer reversiblen Reaktion beteiligt sein. Es wurde gesehen, dass zwei Salze in der Lage sind, ein Gleichgewicht herzustellen, Na 2 CO 3 und CaCl 2 . Das gleiche passiert zwischen Metallkomplexen oder Molekülen. Tatsächlich sind viele der reversiblen Reaktionen auf Moleküle mit spezifischen Bindungen zurückzuführen, die brechen und sich immer wieder regenerieren.
Beispiele für reversible Reaktionen
Kobaltchloridlösung
Eine Lösung von Kobaltchlorid, CoCl 2 , in Wasser färbt es aufgrund der Bildung eines komplexen wässrigen Systems rosa. Wenn diese Lösung erhitzt wird, ändert sich die Farbe zu Blau, was die folgende reversible Reaktion ergibt:
2+ (aq) (rosa) + 4Cl - (aq) + Q ⇌ CoCl 4 2- (aq) (blau) + 6H 2 O (l)
Wobei Q die zugeführte Wärme ist. Diese Hitze entwässert den Komplex, aber wenn die Lösung abkühlt oder wenn Wasser hinzugefügt wird, kehrt sie zu ihrer ursprünglichen rosa Farbe zurück.
Jodwasserstoff
Die folgende reversible Reaktion ist vielleicht die klassischste bei der Einführung des Konzepts des chemischen Gleichgewichts:
H 2 (g) + I 2 (s) ≤ 2HI (g)
Es ist zu beachten, dass die Reaktion es schafft, ein Gleichgewicht herzustellen, selbst wenn sich das Jod im festen Zustand befindet. Alle Arten sind molekular: HH, II und HI.
Hydrolyse
Die Hydrolyse sind sehr repräsentative Beispiele für reversible Reaktionen. Unter den einfachsten haben wir die, die an einer konjugierten Säure oder Base leidet. Die Hydrolyse des Ammoniumions NH 4 + und des Carbonations CO 3 2- ist wie folgt:
NH 4 + (aq) + H 2 O (l) ⇌ NH 3 (g) + OH -
CO 3 2- (aq) + H 2 O (l) ⇌ HCO 3 - (aq) + OH -
Wenn wir eine Base hinzufügen, die OH - Ionen zur Mitte beiträgt , verschieben wir beide Gleichgewichte nach links.
Chromat-Dichromat-Lösung
Sehr ähnlich wie im ersten Beispiel erfährt eine Chromatlösung eine Farbänderung, jedoch aufgrund von Temperaturschwankungen, jedoch nicht aufgrund des pH-Werts. Die reversible Reaktion ist:
2CrO 4 2- (aq) (gelb) + 2H 3 O + (aq) ⇌ Cr 2 O 7 2- (aq) (orange) + 3H 2 O (l)
Wenn also eine gelbe Lösung von CrO 4 2- mit einer Säure angesäuert wird, wird ihre Farbe sofort orange. Und wenn es später alkalisiert wird oder reichlich Wasser hinzugefügt wird, verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, die gelbe Farbe erscheint wieder und das Cr 2 O 7 2- wird verbraucht .
Ammoniak
Die Synthese von Ammoniak, NH 3 , beinhaltet eine reversible Reaktion, die so eingestellt ist, dass gasförmiger Stickstoff, eine sehr inerte Spezies, reagiert:
N 2 (g) + 3H 2 (s) ≤ 2NH 3 (g)
Veresterung
Und schließlich wird ein Beispiel für organische Chemie erwähnt: die Veresterung. Dies besteht darin, einen Ester aus einer Carbonsäure und einen Alkohol in einem stark sauren Medium zu erhalten. Die reversible Reaktion ist:
RCOOH + R'OH ⇌ RCOOR '+ H 2 O.
Verweise
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