
Die Reaktion von
Essigsäure und Ethanol zu Essigsäureethylester und Wasser in einem
Reaktionskolben mit Rückflusskühler verläuft unvollständig
und ist umkehrbar. Zu Beginn ist die Reaktionsgeschwindigkeit
der Ester- und Wasserbildung (Hinreaktion) groß, weil die Konzentration
der beiden Ausgangsstoffe ebenfalls groß ist.
Im weiteren Verlauf nimmt die Geschwindigkeit der Hinreaktion immer mehr
ab, während die der Rückreaktion, die Bildung von Säure und
Alkohol, aufgrund der steigenden Ester- und Wasserkonzentration im System
schneller abläuft. Nach einer bestimmten Zeit wird ein Zustand erreicht,
bei dem in der gleichen Zeit so viel Ester und Wasser gebildet werden, wie
aus Ester und Wasser wieder Alkohol und Säure entstehen. Die Geschwindigkeiten
der Hin- und Rückreaktion sind jetzt gleich groß (Bild 1).

In diesem Zustand ist makroskopisch keine Reaktion mehr wahrnehmbar,
da die Konzentrationen aller beteiligten Stoffe
konstant bleiben. Die Reaktion befindet sich im chemischen
Gleichgewicht (Bild 2). Dennoch findet auf der Teilchenebene weiterhin
eine ständige Umwandlung von Alkohol- und Säuremolekülen
zu Ester- und Wassermolekülen statt, während gleichzeitig genauso
viele Produktmoleküle die Rückreaktion eingehen.
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.