Das Massenwirkungsgesetz
Du stellst für Gleichgewichtsreaktionen den Ausdruck der Gleichgewichtskonstante auf, berechnest K_c und deutest ihren Wert.
Das Wichtigste verständlich erklärt
Das Massenwirkungsgesetz (MWG) beschreibt die Lage eines chemischen Gleichgewichts mit einer Zahl. Es wurde 1864 von Cato Guldberg und Peter Waage formuliert.
Der Ausdruck
Für eine Reaktion
a A + b B ⇌ c C + d D
gilt im Gleichgewicht bei konstanter Temperatur:
K_c = (c(C)^c · c(D)^d) : (c(A)^a · c(B)^b)
Die Konzentrationen der Produkte stehen im Zähler, die der Edukte im Nenner, jeweils hoch dem Koeffizienten aus der Reaktionsgleichung. K_c heißt Gleichgewichtskonstante. Reine Feststoffe und das Lösungsmittel Wasser (in verdünnten Lösungen) werden meist nicht in den Ausdruck aufgenommen.
Bedeutung von K_c
- K_c ≫ 1: Im Gleichgewicht liegen überwiegend Produkte vor, das Gleichgewicht liegt rechts.
- K_c ≈ 1: Edukte und Produkte in vergleichbaren Mengen.
- K_c ≪ 1: Überwiegend Edukte, das Gleichgewicht liegt links.
K_c hängt nur von der Temperatur ab, nicht von den Anfangskonzentrationen und nicht von einem Katalysator. Ändert man eine Konzentration, stellen sich die anderen so ein, dass K_c wieder erreicht wird. Das ist die mathematische Form des Prinzips von Le Chatelier.
Die Einheit
Die Einheit von K_c ergibt sich aus den Exponenten. Bei gleicher Teilchenzahl auf beiden Seiten kürzen sich die Einheiten, dann ist K_c dimensionslos.
Rechnen mit dem MWG
Häufig sind die Anfangskonzentrationen gegeben und eine Gleichgewichtskonzentration gemessen. Dann stellst du eine Tabelle auf: Anfang, Änderung, Gleichgewicht. Die Änderungen ergeben sich aus den Koeffizienten.
Das musst du dir merken
K_c = Produkte hoch Koeffizient durch Edukte hoch Koeffizient (Gleichgewichtskonzentrationen). K_c ≫ 1: Gleichgewicht rechts, K_c ≪ 1: links. K_c hängt nur von der Temperatur ab.
Beispiele mit Lösungsweg
Beispiel 1
- Produkte in den Zähler, Koeffizient 2 als Exponent
- Edukte in den Nenner, Exponenten 1 und 3
Ergebnis K_c = c(NH₃)² : (c(N₂) · c(H₂)³)
Beispiel 2
- K_c = c(HI)² : (c(H₂) · c(I₂))
- K_c = 0,7² : (0,1 · 0,1) = 0,49 : 0,01
Ergebnis K_c = 49 (dimensionslos), das Gleichgewicht liegt deutlich auf der Produktseite.
Übungsaufgaben mit Lösungen
Stelle das MWG auf für 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃.
Lösung anzeigen
K_c = c(SO₃)² : (c(SO₂)² · c(O₂))
Was bedeutet K_c = 10⁻⁵?
Lösung anzeigen
Das Gleichgewicht liegt weit auf der Eduktseite.
Ändert sich K_c, wenn man mehr Edukt zugibt?
Lösung anzeigen
Nein. Die Konzentrationen passen sich an, K_c bleibt bei gleicher Temperatur gleich.
Fehler, die Punkte kosten
Die Koeffizienten werden als Faktoren statt als Exponenten eingesetzt: 2 · c(NH₃).
Koeffizienten werden Exponenten: c(NH₃)².
Anfangskonzentrationen statt Gleichgewichtskonzentrationen werden eingesetzt.
Ins MWG gehören die Konzentrationen im Gleichgewicht.
Hinweis zur Klassenstufe
In welcher Klasse genau dieses Thema drankommt, unterscheidet sich zwischen den Ländern. Klasse 11 ist der häufigste Zeitpunkt.