Chemisches Gleichgewicht bezieht sich auf ein stabiles Verhältnis zwischen Reaktanten und Produkten in einer reversiblen chemischen Reaktion. Bei einer reversiblen Reaktion wandeln sich Reaktanten nicht vollständig in Produkte um; vielmehr hören sie langsam auf zu reagieren, wenn das chemische Gleichgewicht erreicht ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird von vielen Faktoren beeinflusst, einschließlich Temperatur, Stoffphase und Anwesenheit eines Katalysators. Viele Reaktionen erfordern eine anfängliche Energiezufuhr, um mit der Reaktion zu beginnen.
Grundsätzlich ist eine chemische Reaktion das Knüpfen oder Aufbrechen chemischer Bindungen. Eine chemische Bindung entsteht, wenn elektromagnetische Kräfte zwischen Atomen oder Molekülen eine Anziehung zwischen ihnen bewirken. Eine ionische Bindung liegt vor, wenn sich zwei Ionen – entgegengesetzt geladene Atome – direkt anziehen. Eine kovalente Bindung beinhaltet die gemeinsame Nutzung von Elektronenpaaren zwischen Atomen. Diese chemischen Bindungen bilden neue Stoffe mit eigenen chemischen Eigenschaften.
Das Konzept des chemischen Gleichgewichts hängt mit der Idee einer reversiblen Reaktion zusammen. Tatsächlich sind alle chemischen Reaktionen bis zu einem gewissen Grad reversibel, sodass es keinen grundlegenden Unterschied zwischen Reaktanten und Produkten gibt. Einige Reaktionen haben jedoch einen nicht zu vernachlässigenden Grad an Reversibilität – bei diesen Reaktionen wird das chemische Gleichgewicht wichtig. Wenn in der wissenschaftlichen Schreibweise die Reversibilität betont wird, wird der ursprüngliche Pfeil zwischen Reaktanten und Produkten durch ein Paar Hakenpfeile ersetzt. Diese weisen darauf hin, dass die Reaktion in beide Richtungen abläuft.
Die Geschwindigkeit, mit der ein chemisches Gleichgewicht erreicht wird, kann sehr unterschiedlich sein. Manche Reaktionen sind nach weniger als einer Sekunde abgeschlossen, andere dauern viele Jahre. Obwohl es kein einzelnes Verfahren zur Vorhersage einer Reaktionsgeschwindigkeit gibt, ist bekannt, dass viele Faktoren eine wichtige Rolle spielen.
Ein solcher Faktor ist die Temperatur. Höhere Temperaturen lassen mehr Energie in ein System eintreten, was typischerweise zu schnelleren Reaktionen führt. Auch die Phase der Materie – fest, flüssig oder gasförmig – kann beeinflussen, wie schnell Stoffe ein chemisches Gleichgewicht erreichen. Schließlich kann die Anwesenheit eines Katalysators eine Reaktion stark beschleunigen. Ein Enzym ist eine Art Katalysator, der für die Regulierung des Stoffwechsels von Lebewesen wichtig ist.
Einige Reaktionen finden nicht statt, obwohl sie sich nicht im chemischen Gleichgewicht befinden. Dies liegt daran, dass viele Reaktionen eine Aktivierungsenergie benötigen. Flüssiger Wasserstoff und Sauerstoff können beispielsweise in Kontakt bleiben, ohne zu reagieren. Eine geringe Energiemenge kann jedoch dazu führen, dass die Reaktanten im Wesentlichen explodieren und viel Energie freisetzen. Das gleiche Phänomen ist beim Verbrennen von Holz zu beobachten – obwohl Holz beim Verbrennen viel Energie freisetzen kann, ist immer ein erster Funke oder eine Flamme erforderlich, um den Prozess in Gang zu bringen.