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Lexikon der Biologie: chemisches Gleichgewicht

chemisches Gleichgewicht, Reaktionsgleichgewicht, der Zustand einer chemischen Reaktion, in dem die Hinreaktion A + B

C + D mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Rückreaktion C + D

A + B abläuft (Geschwindigkeitsgleichung), so daß kein Nettoumsatz erfolgt: A + B

C + D. Das chemische Gleichgewicht wird quantitativ durch die Gleichgewichtskonstante

beschrieben, wobei [A], [B], [C] und [D] die im Gleichgewicht vorliegenden Konzentrationen der Ausgangs- bzw. Endprodukte A, B, C, D sind. Zwischen der in einer Reaktion freigesetzten Energie (ΔG° in kJ/mol; Enthalpie) und der Gleichgewichtskonstanten besteht der einfache Zusammenhang: ΔG° = –RT · ln K, wobei T die absolute Temperatur und R die Gaskonstante (R = 8,314 J/[K · mol]) bedeuten. Bei biochemischen Reaktionen gelten außerdem als Standardbedingungen pH = 7 und 25 °C (kenntlich gemacht durch einen Strich an der Null: ΔG). Strenggenommen sind alle chemischen Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen und damit reversibel (reversible Vorgänge), wobei jedoch nur selten das chemische Gleichgewicht bei genau gleich viel Ausgangs- und Endprodukt liegt (ΔG° = 0; kein Energieumsatz). In der Regel sind daher die Gleichgewichtskonstanten ungleich 1, wobei im Fall K < 1 das chemische Gleichgewicht mehr auf Seiten der Ausgangsprodukte liegt (ΔG° > 1; Energie wird bei der Bildung von C + D verbraucht), während im Fall K > 1 das chemische Gleichgewicht auf Seiten der Endprodukte liegt (ΔG° < 1; Energie wird bei der Bildung von C + D frei). In Extremfällen, in denen das chemische Gleichgewicht nahezu völlig auf Seiten der Ausgangsprodukte (A + B

C + D; K sehr klein gegen 1) bzw. auf Seiten der Endprodukte (A + B

C + D; K sehr groß gegen 1) liegt, werden die betreffenden Reaktionen als irreversibel (irreversible Vorgänge) bezeichnet (was strenggenommen inkorrekt ist). Unter den zahlreichen biochemischen Reaktionen des Stoffwechsels werden nahezu sämtliche Gleichgewichtslagen zwischen Irreversibilität zur Ausgangsproduktseite (K sehr klein gegen 1) über mehr oder weniger ausgewogene Gleichgewichte (10–1 < K < 101) bis zur Irreversibilität in Richtung Produktseite (K sehr groß gegen 1) angetroffen. Die Einstellung der chemischen Gleichgewichte fast aller biochemischen Reaktionen wird durch Enzyme beschleunigt. Die Reaktionsbeschleunigung durch Enzyme – wie allgemein durch Katalysatoren (Katalyse) – betrifft jedoch Hin- und Rückreaktionen in gleichem Maße, so daß Enzyme nur die Einstellungsgeschwindigkeit chemischer Gleichgewichte erhöhen, jedoch nicht die Gleichgewichtskonstante und daher nicht die Lage chemischer Gleichgewichte bezüglich höherer oder niedrigerer Ausgangs- oder Endproduktkonzentration beeinflussen ( vgl. Infobox ). Massenwirkungsgesetz.

H.K.

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