Chemie

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Zuletzt aktualisiert: 19. Januar 2018

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Name:
Samuel Hohenberger, 2018-01

Massenwirkungsgesetz (MWG)

Wenn wir in unserem Alltag den Begriff Gleichgewicht hören, so denken wir an ausgewogene Massen, Gleichheiten die sich gegenseitig aufheben oder im allgemeinen an Dinge, die im gleichen Verhältnis zu einander stehen. In der Chemie hingegen versteht man den Begriff Gleichgewicht etwas anders. Denn Chemiker verstehen darunter einen Zustand, der sich in umkehrbaren Reaktionen zwischen Hin- und Rückreaktion einstellt. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um ein ruhiges Gleichgewicht, sondern vielmehr um ein dynamisches Gleichgewicht. Das bedeutet, dass in Reaktionen Stoffe im selben Maße gleichzeitig auf- und abgebaut werden. Denn im Gegensatz zu unserer alltäglichen Vorstellung von Gleichgewichten kann sich ein chemisches Gleichgewicht auch einstellen wenn die Konzentration eines Reaktionspartners deutlich höher ist als die des Anderen.

Der Name dieses Gesetzes leitet sich aus der alten Bezeichnung „aktive Masse“ für die Massenkonzentration ab. Es wurde im Jahr 1867 von den norwegischen Wissenschaftlern Cato Maximilian und Peter Waage formuliert.

Substanzen (Stoffe), die befähigt sind umkehrbar (reversibel) chemisch zu reagieren, stellen nach einer bestimmten Zeit einen dynamischen Zustand her, in dem die Konzentration der Reaktionspartner untereinander in einem Verhältnis stehen. Dieses Verhältnis wird durch das MWG beschrieben.

Bedeutend für die Bildung des Massenwirkungsgesetzes ist die für eine bestimmte Temperatur geltende Gleichgewichtskonstante Kc. Sie wird aus den einzelnen Gleichgewichtskonzentrationen c berechnet.

Allgemein gilt:         aA + bB ⇌ cC + dD

                 Cglgw(C)^c · Cglgw(D)^d
Kc =        ------------------------------    
                 Cglgw(A)^a · Cglgw(B)^b

c(A), c(B), c(C), c(D) sind hierbei die Gleichgewichtskonzentrationen der Edukte bzw. Produkte. Es wird also die Summe der Konzentration der Produkte durch die der Edukte geteilt. Der Koeffizient der beteiligten Stoffe wird im Massenwirkungsgesetz potenziert.

Wichtig: Alle verwendeten Konzentrationen sind Gleichgewichtskonzentrationen!

Durch Temperaturerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung des endothermen Verlaufs der Reaktion. Bei Temperatursenkung folglich in die entgegengesetzte Richtung.          

Beispiel:  2NO2 ⇌ N2 O4     

Bei der Reaktion von Stickstoffdioxid zu Distickstofftetroxid bewirkt eine Temperaturerhöhung eine erhöhte Rückreaktion, d.h. eine erhöhte Reaktion zu dem Edukt Stickstoffdioxid. Somit verschiebt sich das Gleichgewicht nach links. Eine Temperatursenkung hingegen bewirkt eine Verschiebung des Gleichgewichts nach rechts. Somit bildet sich verstärkt das farblose Gas Distickstofftetroxid.

Verändert man die Konzentrationen der am Gleichgewicht beteiligten Stoffe, so läuft die Reaktion in der Richtung ab, die zur Wiederherstellung des Werts der Gleichgewichtskonstante führt. Gibt man zum Beispiel zu einer Essigsäurelösung eine starke Säure zu, so erhöht sich die Konzentration an H3O+- Ionen. Entsprechend muss deshalb eine gewisse Menge an Acetat-Ionen unter Erhöhung der Essigsäurekonzentration verbraucht werden.

Somit gilt die Gleichgewichtskonstante als Konzentrationsunabhängig.

Da für Gleichgewichtsreaktionen, bei denen Gase Reaktionspartner darstellen, für den Druck analoges gilt, ist die Gleichgewichtskonstante zudem unabhängig von dem Druck.

Auch die Anwendung von Katalysatoren verändert die Gleichgewichtskonstante nicht. Katalysatoren beeinflussen zwar die Geschwindigkeit des Einstellen des chemischen Gleichgewichts, nehmen aber nicht weiter Einfluss auf die Gleichgewichtslage.

Anhand der Größe der Gleichgewichtskonstanten K kann man die Vorzugsrichtung der Reaktion erkennen. Ist K=1 , so laufen Hin- und Rückreaktion mit gleicher Gewichtung ab. Ist K größer als 1 so liegt das Gleichgewicht auf Seiten der Produkte. Die Hinreaktion ist folglich bevorzugt. Ist K hingegen kleiner als 1 liegt das Gleichgewicht auf Seiten der Edukte. Es läuft die Rückreaktion bevorzugt ab.

Beispiel:

Reagiert 1mol Ethanol mit 0,5mol Essigsäure erhält man im Greichgewichtszustand 0,42mol Essigsäuremethylester.

Aufgabe: Berechne die Gleichgewichtskonstante Kc!

 Grafik

Ausgangsstoffmenge: 0,5mol    1mol            ⇌     0mol     0mol

GG-Stoffmenge:  (0,5-0,42)mol  (1-0,42)mol  ⇌ 0,42mol  0,42mol

Massenwirkungsgesetz aufstellen und Werte einsetzen:

         c(E) · c(W)        0,42mol · 0,42mol
Kc = ---------------  =     -----------------------   = 3,8
        c(A) · c(S)          0,58mol · 0,08mol

A: Die Gleichgewichtskonstante nimmt den Wert 3,8 an.