Was ist das chemische Potential?

Das chemische Potential ist die molare Gibbs-Energie (freie Enthalpie) eines Stoffes im betrachteten System, also wie stark sich ändert, wenn man von eine kleine Stoffmenge hinzufügt. Deshalb steuert , in welche Richtung eine Reaktion im Gemisch „ziehen“ kann.

Welche Einheit hat das chemische Potential?

Das chemische Potential hat die Einheit Energie pro Stoffmenge, also typischerweise (oder ). Diese Einheit passt dazu, dass als „molare“ freie Enthalpie interpretiert wird und Beiträge zur Gibbs-Energie liefert.

Was ist ein Koeffizient in der Chemie?

Ein Koeffizient in der Chemie ist die Zahl vor einer Summenformel in der ausgeglichenen Reaktionsgleichung und gibt das stöchiometrische Mengenverhältnis der Stoffe an. In vielen Herleitungen wird dieser Koeffizient als „“ notiert, damit sich Änderungen der Stoffmengen systematisch beschreiben lassen.

Was ist eine Bruttogleichung?

Eine Bruttogleichung (Bruttoreaktionsgleichung) ist die insgesamt ausgeglichene Reaktionsgleichung, die nur Edukte links und Produkte rechts mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten zeigt. Eine Bruttogleichung beschreibt damit die Gesamtbilanz der umgesetzten Stoffe, ohne Zwischenschritte oder einen Reaktionsmechanismus anzugeben.

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Reaktionen – Grundlagen

Name: Reaktionen - Grundlagen
Uploaded: 2026-07-20T10:20:20Z
Duration: 5 min 33 s
Description: Du hast sicher schon mal Sprudelwasser selbst gemacht. Was das mit Reaktionen zu tun hat, erklären wir dir in diesem Beitrag.

Du hast sicher schon mal Sprudelwasser selbst gemacht. Was das mit Reaktionen zu tun hat, erklären wir dir in diesem Beitrag.

Inhaltsübersicht

Einleitung

Bevor wir zu den Reaktionen kommen, wenden wir uns zunächst der Stoffbilanz zu. Grundsätzlich gilt, dass die gesamte Masse konstant bleiben muss, also keine Masse aus dem Nichts entstehen oder verschwinden kann. Für die Stoffmenge hingegen gilt das nicht, da sie nur die Anzahl der Moleküle beschreibt. Bei einer Reaktion kommen zwei oder mehr Stoffe zusammen und bilden daraus in der Regel neue Stoffe.

Bruttoreaktionsgleichung

Das können wir in einer sogenannten Bruttoreaktionsgleichung betrachten. Hier stellen wir auf der linken Seite die Stoffe auf, die miteinander reagieren und rechts die Stoffe, die entstehen. Betrachten wir jetzt als Beispiel die Reaktion von Methan mit Sauerstoff. Dabei entstehen Wasser und CO_2 . Damit ergibt sich:

$CH_4+O_2\leftrightarrow H_2O+CO_2$

Das Problem ist, dass wir vor der Reaktion nicht die gleiche Teilchenanzahl haben wie nach der Reaktion. Beispielsweise werden aus 2 O, 3 O. Eines im Wasser und zwei im CO_2 . Wir wollen nun ein Gleichgewicht der Teilchen erreichen. In unserem Fall brauchen wir dafür zweimal Sauerstoff und erhalten zweimal Wasser:

$CH_4+2O_2\leftrightarrow2H_2O+CO_2$

Bruttoreaktionsgleichung, Reaktionsgleichung, Chemisches Gleichgewicht, Chemisches Potential — Bruttoreaktionsgleichung

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Umsatzvariable

Die Vorfaktoren kürzen wir jetzt mit \nu_i ab und die Anzahl, die im Index steht, mit „A i“.
Wir definieren uns jetzt noch die Umsatzvariable und den Umsatz. Erstere beschreibt wie viel Stoffmenge umgesetzt werden muss, um ein Produkt zu erhalten. Dabei gibt es je Reaktion genau eine Umsatzvariable. Sie ist definiert als:

$\xi=\frac{n_i}{\nu_i}$

Das bedeutet, dass es für die Reaktion von Methan zu Wasser und CO_2 , nur eine einzige Umsatzvariable gibt.
Der Umsatz beschreibt, wie viel von der Stoffmenge umgesetzt wurde:

$U=\frac{n_i^{(0)}-n_i}{n_i}$

Edukte besitzen einen positiven und Produkte einen negativen Umsatz. Das liegt daran, dass der Umsatz eine Art des Verbrauchs ist und Produkte entstehen, also „negativ verbraucht“ werden.

Chemisches Gleichgewicht

Nachdem wir uns mit der Materie beschäftigt haben, kommen wir zum sogenannten chemischen Gleichgewicht. Ein Gleichgewicht kann sich nur einstellen, wenn zwei entgegengesetzte Reaktionen stattfinden. Das heißt, dass nicht nur Edukte zu Produkten reagieren, sondern auch Produkte teilweise zurück reagieren. Grundsätzlich gilt beim chemischen Gleichgewicht, dass die Änderung der freien Enthalpie gleich Null sein muss. Falls du dazu noch Fragen hast, dann schau dir am besten nochmal das Video zu thermodynamischen Potentialen an. Bei konstantem Druck und konstanter Temperatur erhalten wir:

$dG=\sum{\mu_i{dn}_i}=0$

Mit Hilfe der Umsatzvariable ergibt sich:

$dG=\sum{\mu_i\nu_id\xi_}=0$

Ksi ist für die Gleichung nicht weiter relevant, da wir Stoffeigenschaften und keine Reaktionseigenschaften betrachten wollen. Stellen wir den Term nun um, erhalten wir.

$\frac{dG}{d\xi}=\sum{\mu_i\nu_i}=0$

Chemisches Potential

Das chemische Potential Müh i definiert sich dabei als:

$\mu_i=\mu_{0i}+RT\ln\funcapply(a_i)$

Wir erhalten neben dem Term für den Reinstoff noch einen Mischungsterm. „A i“ beschreibt die Zusammensetzung des Gemisches und ist davon abhängig, ob wir eine ideale Flüssigkeit oder ein ideales Gas betrachten:

Setzen wir das chemische Potential in die Summe ein und formen ein wenig um, erhalten wir:

$e^{-\sum{\nu_i\frac{\mu_{0i}}{RT}}}=\prod{a_i}^{\nu_i}$

Gleichgewichtskonstante

Der Term mit der e-Funktion ist die sogenannte Gleichgewichtskonstante K. Sie gibt an, auf welcher Seite das Gleichgewicht liegt. Betrachten wir wieder die Reaktion von vorhin. Die Nüh i kennen wir. Sie sind konstant. Damit ergibt sich:

$K\left(T\right)=\prod{a_i}^{\nu_i}=\frac{{a_{H_2O}}^2{a_{CO_2}}^1}{{a_{CH_4}}^1{a_{O_2}}^2}$

Erhöhen wir jetzt die Gleichgewichtskonstante, muss sich auch die rechte Seite erhöhen. Das geht aber nur, wenn die Terme über dem Bruchstrich, also der Anteil der Produkte, größer werden. Das heißt bei größerer Gleichgewichtskonstante erhalten wir mehr Produkte.
Jetzt kennen wir die rechte Seite der Gleichung. Wie erhöhen wir jetzt aber die Gleichgewichtskonstante? Dafür betrachten wir diese genauer: Der Wert bestimmt sich über den Exponenten:

$-\sum{\nu_i\frac{\mu_{0i}}{RT}}$

Die Nüh i sind wieder konstant. Also schauen wir uns jetzt „Müh Null i“ an. Wir wissen, dass das chemische Potential immer größer gleich Null ist und wir es durch Änderung der Temperatur beeinflussen können. Das heißt, dass die entscheidende Größe, um die Reaktionskonstante zu beeinflussen, die Temperatur ist.

Beispiel

Bei der Reaktion von CO_2 mit Wasser zu Kohlensäure beispielsweise, steht die Kohlensäure auf der Produktseite. Erhöhen wir die Temperatur, sinkt die Gleichgewichtskonstante und das Gleichgewicht verschiebt sich entsprechend auf die Eduktseite. Die Kohlensäure reagiert also zurück. Du kennst das Phänomen bestimmt, wenn du im Sommer dein Getränk zu lange in der Sonne lässt. Die Kohlensäure verschwindet und das Getränk schmeckt nicht mehr.
So jetzt weißt du, wie du verhindern kannst, dass die Kohlensäure zu schnell aus dem Wasser verschwindet.

Reaktionen – Grundlagen — häufigste Fragen

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Was ist das chemische Potential?

Das chemische Potential $\mu_i$ ist die molare Gibbs-Energie (freie Enthalpie) eines Stoffes im betrachteten System, also wie stark sich ändert, wenn man von eine kleine Stoffmenge hinzufügt. Deshalb steuert $\mu_i$ , in welche Richtung eine Reaktion im Gemisch „ziehen“ kann.
Welche Einheit hat das chemische Potential?

Das chemische Potential $\mu_i$ hat die Einheit Energie pro Stoffmenge, also typischerweise $\frac{\text{J}}{\text{mol}}$ (oder $\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ ). Diese Einheit passt dazu, dass $\mu_i$ als „molare“ freie Enthalpie interpretiert wird und Beiträge zur Gibbs-Energie liefert.
Was ist ein Koeffizient in der Chemie?

Ein Koeffizient in der Chemie ist die Zahl vor einer Summenformel in der ausgeglichenen Reaktionsgleichung und gibt das stöchiometrische Mengenverhältnis der Stoffe an. In vielen Herleitungen wird dieser Koeffizient als „ $\nu_i$ “ notiert, damit sich Änderungen der Stoffmengen systematisch beschreiben lassen.
Was ist eine Bruttogleichung?

Eine Bruttogleichung (Bruttoreaktionsgleichung) ist die insgesamt ausgeglichene Reaktionsgleichung, die nur Edukte links und Produkte rechts mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten zeigt. Eine Bruttogleichung beschreibt damit die Gesamtbilanz der umgesetzten Stoffe, ohne Zwischenschritte oder einen Reaktionsmechanismus anzugeben.

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Chemische Thermodynamik verstehen

Reaktionen gehören zur chemischen Thermodynamik, weil sie über Energie und Stoffe in einem System beschrieben werden. Du setzt Reaktionsgleichungen mit Stoffmengen, Zustandsgrößen und Gleichgewichten in Beziehung. Dabei erkennst du, wie chemisches Potential und Temperatur festlegen, in welche Richtung ein Prozess läuft und wo sich ein Gleichgewicht einstellt. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.

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