Berechnung des Massenwirkungsgesetzes

Die Anwendung des Massenwirkungsgesetzes und die Berechnung der Gleichgewichtskonstante Kc werden anhand von praktischen Beispielen demonstriert. Diese Berechnungen sind entscheidend für das Verständnis chemischer Gleichgewichte und deren quantitative Analyse.

Example: In einem 10,0 Liter Stahlzylinder reagieren Wasserstoff und Stickstoff bei 727°C zu Ammoniak. Im Gleichgewicht liegen 15,0 mol Wasserstoff, 11,3 mol Stickstoff und 0,95 mol Ammoniak vor.

Für diese Reaktion lautet die Gleichung:

3H₂ + N₂ ⇌ 2NH₃

Das Massenwirkungsgesetz für diese Reaktion wird wie folgt formuliert:

Kc = [NH₃]² / [H₂]³ * [N₂]

Um die Gleichgewichtskonstante Kc zu berechnen, müssen zunächst die Konzentrationen der beteiligten Stoffe im Gleichgewicht ermittelt werden:

C(H₂) = 15,0 mol / 10,0 L = 1,50 mol/L C(N₂) = 11,3 mol / 10,0 L = 1,13 mol/L C(NH₃) = 0,95 mol / 10,0 L = 0,095 mol/L

Durch Einsetzen in die Formel ergibt sich:

Kc = (0,095 mol/L)² / (1,50 mol/L)³ * (1,13 mol/L) = 0,0024 L²/mol²

Highlight: Bei der Berechnung der Gleichgewichtskonstante ist es wichtig, zwischen den Ausgangskonzentrationen und den Gleichgewichtskonzentrationen zu unterscheiden.

Ein weiteres Beispiel zeigt die Reaktion von Essigsäure mit Ethanol zu Ethylacetat und Wasser. Hier wird nicht nur die Gleichgewichtskonstante Kc berechnet, sondern auch die Ausbeute des Esters ermittelt.

Vocabulary: Ausbeute - Der Anteil des tatsächlich gebildeten Produkts im Verhältnis zur theoretisch möglichen Menge.

Diese Beispiele verdeutlichen, wie das Massenwirkungsgesetz in der Praxis angewendet wird und wie wichtig es für die quantitative Analyse chemischer Reaktionen ist.

Grundlagen des Massenwirkungsgesetzes

Das Massenwirkungsgesetz ist ein fundamentales Konzept in der Chemie, das das Verhalten von chemischen Reaktionen im Gleichgewicht beschreibt. Am Beispiel der Reaktion von Wasserstoff und Iod zu Iodwasserstoff wird das Prinzip erläutert.

Example: H₂ + I₂ ⇌ 2HI

Bei dieser Reaktion stellt sich bei 448°C ein Gleichgewicht ein, bei dem die Konzentrationen der Reaktanten und Produkte in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Dieses Verhältnis wird durch die Gleichgewichtskonstante Kc ausgedrückt.

Definition: Die Gleichgewichtskonstante Kc ist das Verhältnis der Produktkonzentrationen zu den Eduktkonzentrationen, jeweils potenziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten.

Für die allgemeine Reaktion aA + bB ⇌ cC + dD gilt:

Kc = [C]^c * [D]^d / [A]^a * [B]^b

Highlight: Die Gleichgewichtskonstante Kc ist unabhängig vom Druck und den Ausgangskonzentrationen, aber stark abhängig von der Temperatur.

Das Massenwirkungsgesetz gilt für homogene Systeme, in denen alle Reaktanten und Produkte in derselben Phase vorliegen, sei es gasförmig oder in Lösung. Es ermöglicht die Vorhersage der Gleichgewichtszusammensetzung und die Berechnung von Konzentrationen im Gleichgewicht.

Vocabulary: Homogenes System - Ein System, in dem alle Komponenten in derselben Phase vorliegen.

Die historische Entwicklung des Massenwirkungsgesetzes geht auf die Arbeiten von Cato Maximilian Guldberg und Peter Waage im Jahr 1867 zurück. Der Name "Massenwirkungsgesetz" stammt von der früheren Bezeichnung "aktive Masse" für die Massenkonzentration.