Gleichgewichtsbeziehungen

Gleichgewichtsbeziehungen sind mathematische oder physikalische Beziehungen, die das Verhalten eines Systems im Gleichgewicht beschreiben. Sie zeigen, wie Größen wie Konzentrationen, Drücke, Aktivitäten oder Kräfte zueinander in Beziehung stehen, sobald kein Nettofluss von Masse oder Energie mehr stattfindet.

In der Chemie begegnet man Gleichgewichtsbeziehungen vor allem in chemischen Gleichgewichten. Der Gleichgewichtszustand wird durch das Massenaktionsgesetz beschrieben: Das Verhältnis der Aktivitäten der Produkte zu den Reaktanten ist konstant und wird durch eine Gleichgewichtskonstante K_eq festgelegt. In Lösungen gilt K_eq oft nahe K_c, und der Reaktionsquotient Q vergleicht aktuelle Konzentrationen mit dem Gleichgewicht. Wenn Q ungleich K_eq ist, verschiebt sich das System in Richtung des Gleichgewichts gemäß dem Le-Chatelier-Prinzip.

Gleichgewichte zwischen Phasen werden durch chemische Potenziale beschrieben: Phasen koexistieren im Gleichgewicht, wenn die chemischen Potenziale der Spezies in allen Phasen gleich sind. In einem abgeschlossenen System bei festem Temperatur- und Druckwert gilt die Bedingung dG = 0; die Phasenregel F = C − P + 2 liefert die Freiheitsgrade des Systems.

Mechanische Gleichgewichte beziehen sich auf die Nullsumme der Kräfte: Die Summe der Kräfte und die Summe der Drehmomente müssen Null ergeben, was zu statischen Gleichgewichtsbedingungen führt.

Gleichgewichtsbeziehungen werden in vielen Disziplinen verwendet, um Zustände, Stabilität und Reaktionspfade zu analysieren. Sie bilden die Grundlage für Modelle in Chemie, Thermodynamik, Materialwissenschaften und Biologie.