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Anorganische Chemie - Gleichgewichtskonstante und Gleichgewichtslage

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Anorganische Chemie

Gleichgewichtskonstante und Gleichgewichtslage

In diesem Kurstext thematisieren wir die Gleichgewichtskonstante inkl. Massenwirkungsquotienten und die Gleichgewichtslage auf der Eduktseite und der Produktseite.

Gleichgewichtskonstante und Massenwirkungsquotienten

Jetzt wollen wir noch die Gleichgewichtskonstante $K$ bestimmen und anschließend den Massenwirkungsquotienten bilden.

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Ausgangsgleichung: $ k_\rightarrow [A][B] = k_\leftarrow [C][D] $

Um die Gleichgewichtskonstante $ K $ zu erhalten, stellen wir die Gleichung so um, dass $ k_\rightarrow $ und $ k_\leftarrow $ auf der einen Seite stehen:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen  Gleichgewichtskonstante: $ \frac{ [C]^c [D]^d }{ [A]^a [B]^b} = \frac{k_\rightarrow }{ k\leftarrow} = K $

Die linke Seite der Gleichung [$ \frac{ [C]^c [D]^d }{ [A]^a [B]^b} $] stellt den Massenwirkungsquotienten $ Q $ dar, in welchen lediglich Gleichgewichtskonzentrationen eingesetzt werden dürfen.

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen

Beispiel: Aufstellen der Gleichung für die Gleichgewichtskonstante für nachfolgende Gleichgewichtsreaktion:

$ CaCO_3 (s) \rightleftharpoons CaO (s) + CO_2 (g) $

$\rightarrow  K = \frac{c(CaO) + c(CO_2)}{c(CaCO_3)} $ in $ \frac{mol}{l} $

Merke

Hier klicken zum Ausklappen  Unabhängig von der Ausgangskonzentration der Reaktionspartner ist der Massenwirkungsquotient einer Reaktion im Gleichgewichtszustand immer gleich und dabei ist dieser Wert immer identisch mit der Gleichgewichtskonstanten $ K $ der gerade untersuchten Reaktion. 

Beispiel zur Berechnung der Konzentration

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Es liegt eine Reaktion mit zwei Edukten $ A $ und $ B $, sowie zwei Produkten $ C $ und $ D $ vor. Die Konzentrationen seien wie folgt. 

Edukte

$ c(A) = 0,21 \frac{mol}{l} $

$ c(B) = 2,22 \frac{mol}{l} $

Produkte:

$ c(C) = 0,71 \frac{mol}{l} $

$ c(D) = 1,82 \frac{mol}{l} $

Die Gleichgewichtsreaktion ist wie folgt:

$ 2 A + 2 B \rightleftharpoons 2 C + D $

Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonstante $ K $!

$ K = \frac{ c(C) \cdot c(D)}{c(A) \cdot c(B)} = \frac{0,71^2 \cdot 1,82}{0,21^2 \cdot 2,22^2} = \frac{0,9174}{0,2173} = 4,2218 \frac{mol}{l} $

Gleichgewichtslage

Möchte man erfahren ob sich eine Reaktion im Gleichgewicht befindet, so muss man einfach den Zahlenwert der Gleichgewichtskonstanten betrachten. Nimmt die Gleichgewichtskonstante einen Wert von $ K < 1 $ an, so befindet sich ein Gleichgewicht auf der Seite der Edukte und nimmt die Gleichgewichtskonstante hingegen einen Wert von $ K > 1 $ an, so liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Produkte.

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Bei unserem obigen Beispiel liegt der Wert der Gleichgewichtskonstanten bei $ K = 4,2218 \frac{mol}{l} $. Somit liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Produkte.

Warum ist dem so?

Ganz einfach: Im Zähler stehen die Gleichgewichtskonzentrationen der Produkte und im Nenner die Gleichgewichtskonzentrationen der Edukte. Ist ein Wert $ K $ nun kleiner 1, so bedeutet dies automatisch, dass die Konzentration der Edukte, die Konzentration der Produkt übersteigt. Der umgekehrte Fall liegt vor, wenn $ K > 1 $ ist.