Boudouard-Gleichgewicht

Die Reaktion von Kohlendioxid und Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid sowie deren Rückreaktion ist temperaturabhängig und wird durch das sogenannte Boudouard-Gleichgewicht beschrieben. Die Situation kann man sich mit dem Verdunsten von Wasser in einem geschlossenen, mit Luft gefüllten Raum veranschaulichen. Die Luft vermag je nach Temperatur eine bestimmte Menge Wasser aufzunehmen. Ist die Luft vollständig mit Wasser gesättigt, so kann diese keine weitere Wassermengen aufnehmen und es verbleibt ein Rest an flüssigem Wasser im Raum. Es wird sich mit der Zeit also ein Gleichgewicht zwischen dem noch flüssigen Wasser und dem in der Luft enthalten Wasser einstellen.

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Abbildung: Boudouard-Gleichgewicht

Während durch statistische Schwankungen zwar an einer lokalen Stelle das flüssige Wasser kurzzeitig verdunsten kann ("Hinreaktion"), so wird an anderer Stelle allerdings wieder Wasser lokal aus der übersättigten Luft kondensieren ("Rückreaktion"). Global betrachtet wird sich jedoch ein Gleichgewicht zwischen diesen Phasen bzw. zwischen der Hin- und Rückreaktion von flüssigem und in Luft gebundenem Wasser einstellen. Man spricht deshalb auch von einem dynamischen Gleichgewicht. Dieses dynamische Gleichgewicht kann jedoch je nach Temperatur zu Gunsten oder zu Lasten des flüssigen Wassers verschoben werden. Bei hohen Temperaturen kann die Luft mehr Wasser aufnehmen, sodass auch mehr Wasser verdunsten wird und der noch flüssige Anteil sinkt. Das Gleichgewicht verschiebt sich somit in Richtung des Verdunstungsprozess. Wird die Temperatur hingegen gesenkt, so kondensiert ein Teil des in Luft gebundenen Wassers aus und der flüssige Anteil am Boden steigt. Das Gleichgewicht verschiebt sich dann in Richtung des Kondensationsprozesses (dieser Effekt ist auch sehr anschaulich an gekühlten Getränkedosen zu beobachten, an denen das in der Luft enthaltene Wasser kondensiert und sich Wasserperlen bilden).

Auf die analoge Weise existiert auch ein temperaturabhängiges Gleichgewicht zwischen der oben genannten Reaktion von Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoffmonoxid und der entsprechenden Rückreaktion von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Die nebenstehende Abbildung zeigt das Verhältnis der Gleichgewichtszustände zwischen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Es wird offensichtlich, dass bei Temperaturen oberhalb 1000 °C das Kohlendioxid fast ausschließlich zu Gunsten des Kohlenmonoxids zerfällt.

  • bei hohen Temperaturen reagiert Kohlenstoff mit Kohlenstoffdioxid überwiegend zu (reduktionsfähigem) Kohlenstoffmonoxid
  • bei geringen Temperaturen zerfällt das gebildete Kohlenstoffmonoxid überwiegend zu Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoff