Die freie Standard-Reaktionsenthalpie ΔrG° (Höhenunterschied der reinen Stoffe A und B) gibt an, ob eine Reaktion exergonisch (ΔrG° < 0) oder endergonisch (ΔrG° > 0) ist. Sie allein bestimmt die Lage des Gleichgewichtszustands: Kc = e−ΔrG°/(R·T). Die freie Aktivierungsenergie ΔG‡ bestimmt dagegen nur, wie schnell sich der Gleichgewichtszustand einstellt (Kinetik) — nicht, wo er liegt. Warum sich auch bei ΔrG° > 0 Produkt bildet, erklärt das Feld „Hintergründe zur Simulation“ unten.
Trägt man G gegen die Umsatzvariable ξ auf, liegt das Gleichgewicht im Tiefpunkt der Kurve (dG/dξ = 0). Der Reaktionsquotient Q = N(B)/N(A) beschreibt den momentanen Zustand: Q < Kc → Hinreaktion überwiegt, Q > Kc → Rückreaktion überwiegt, Q = Kc → Gleichgewicht.
ΔrG° (Standardwert) = G(B) − G(A) ist der Höhenunterschied der reinen Stoffe — die beiden Endpunkte der G(ξ)-Kurve in Feld 3. Er legt über Kc = e−ΔrG°/(R·T) nur fest, wo der Gleichgewichtszustand liegt.
Das aktuelle ΔrG = ΔrG° + R·T·ln Q ist die Steigung der G(ξ)-Kurve an der Stelle, an der sich das System gerade befindet. Es entscheidet, in welche Richtung die Reaktion im Moment freiwillig läuft:
- Kurve fällt (ΔrG < 0) → Hinreaktion A → B läuft freiwillig
- Tiefpunkt (ΔrG = 0) → Gleichgewichtszustand, kein Netto-Umsatz
- Kurve steigt (ΔrG > 0) → Rückreaktion B → A läuft freiwillig
Startest du mit reinem A (Feld 4, Reset), ist Q = N(B)/N(A) ≈ 0 und damit R·T·ln Q stark negativ. Das aktuelle ΔrG ist also stark negativ — auch wenn ΔrG° > 0 ist. Die G(ξ)-Kurve fällt am linken Rand immer, die Hinreaktion läuft los.
Ursache ist die Durchmischungsentropie: Ein Gemisch aus A und B ist entropiereicher als reines A, das senkt G zunächst. Deshalb liegt der Gleichgewichtszustand bei ΔrG° = 0 genau bei 50 : 50 — nicht bei „kein Umsatz".
| ΔrG° | Kc | Anteil B im Gleichgewicht |
|---|---|---|
| −2 kJ/mol | 2,24 | ~69 % |
| 0 | 1,00 | 50 % |
| +2 kJ/mol | 0,45 | ~31 % |
| +4 kJ/mol | 0,20 | ~17 % |
| +6 kJ/mol | 0,09 | ~8 % |
| +10 kJ/mol | 0,018 | ~1,8 % |
Der Übergang ist stetig — es gibt keinen Schwellenwert. Je positiver ΔrG°, desto weniger B, aber der Anteil wird nie exakt null. (R·T ≈ 2,48 kJ/mol ist der Maßstab: Energiedifferenzen in dieser Größenordnung liefern Kc nahe 1.)
Ob und wie weit sich A umsetzt, ist Thermodynamik (ΔrG°, Kc). Wie schnell sich der Gleichgewichtszustand einstellt, ist Kinetik — geregelt über die freie Aktivierungsenergie ΔG‡ (Regler in Feld 1). Dass die Simulation zügig läuft, sagt also nichts über die Freiwilligkeit aus; mit einem größeren ΔG‡ läuft dieselbe Einstellung langsamer ab.