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Tutorial MenueThermodynamikLerneinheit 4 von 8

Chemisches Gleichgewicht

Massenwirkungsgesetz

Das MassenWirkungsGesetz wurde 1867 zunächst empirisch, das heißt experimentell, auf Grund einer Vielzahl von Versuchen durch Guldenberg und Waage gefunden. Für eine Reaktion des allgemeinen Typs

aA + bB cC + dD

gilt im Gleichgewicht für die vorliegenden Konzentrationen

K= [C] c [ D] d [A] a [B] b

wobei zum Beispiel [A] = c(A) = cA (Gleichgewichtskonzentration von A) ist.

Die Konzentrationen der Produkte erscheinen im Zähler, die der Ausgangsstoffe im Nenner, die stöchiometrischen Faktoren als Exponenten. In konkreten Beispielen wäre folgendermaßen zu verfahren:

2SO 2            +  O 2              2SO 3                                       K= [ SO 3 ] 2 [ SO 2 ] 2 [ O 2 ] N 2                +  3H 2             2NH 3                                      K= [ NH 3 ] 2 [ N 2 ] [ H 2 ] 3 CH 3 COOH  +  C 2 H 5 OH     CH 3 COOC 2 H 5  + H 2 O      K= [ CH 3 COOC 2 H 5 ]  H 2 O [ CH 3 COOH ] [ C 2 H 5 OH ]

Ein hoher Wert für die Gleichgewichtskonstante bedeutet, dass im Gleichgewicht die Produkte überwiegen, das heißt das Gleichgewicht liegt auf der rechten Seite der Reaktionsgleichung. Ein kleiner Wert kennzeichnet Reaktionen, bei denen die Ausgangsstoffe nur zu einem kleinen Teil umgesetzt werden; im Gleichgewicht überwiegen dann die Ausgangsstoffe. Die Dimension der Gleichgewichtskonstanten hängt von der Stöchiometrie der Reaktionsgleichung ab; sie ist im ersten Beispiel Konzentration -1 , im zweiten Konzentration -2 , im dritten Fall ist K dimensionslos.

Die oben behandelten Gleichgewichte sind homogene Gleichgewichte, denn alle Reaktionspartner befinden sich in derselben Phase, das heißt entweder in der Gasphase oder in der flüssigen Phase. In heterogenen Gleichgewichten können einzelne Reaktionspartner in reiner Form als eigene Phasen auftreten. Die Konzentrationen reiner Feststoffe oder Flüssigkeiten ergeben sich als konstante Werte aus deren Dichte und Molmasse. (Über einem Feststoff ist unabhängig von seiner Menge der Dampfdruck konstant.) Das Massenwirkungsgesetzt vereinfacht sich in diesen Fällen, da die Konzentration der festen Phasen in der Gleichgewichtskonstanten enthalten ist:

C (s)            +  CO 2(g)       2CO (g)                                 K= [ CO ] 2 [ CO 2 ] 3Fe (s)         +  4H 2 O (g)     Fe 3 O 4(s)   +  4H 2(g)               K= [ H 2 ] 4 [ H 2 O ] 4 CaCO 3(s)                        CaO (s)      +  CO 2(g)              K= [ CO 2 ]

Im letzten Beispiel bedeutet dies, dass sich über einem Gemisch von CaCO3 und Ca0 in einem geschlossenen Behälter bei konstanter Temperatur eine konstante CO2 -Konzentration und damit ein konstanter CO2 -Druck einstellt.

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