Chemische Gleichgewichte: Kc, Qc, Kp und Le Chatelier

Chemische Gleichgewichte: Eine Einführung

Man unterscheidet zwischen homogenen Gleichgewichten, bei denen Edukte und Produkte im gleichen physikalischen Zustand vorliegen, und heterogenen Gleichgewichten, bei denen dies nicht der Fall ist.

Gleichgewichtskonstante Kc

Das Massenwirkungsgesetz beschreibt die Gleichgewichtskonstante (Kc). Sie ist definiert als das Produkt der Konzentrationen der Produkte, jeweils potenziert mit ihrem stöchiometrischen Koeffizienten, dividiert durch das Produkt der Konzentrationen der Reaktanten, ebenfalls jeweils potenziert mit ihrem stöchiometrischen Koeffizienten. Der Wert von Kc ist spezifisch für jede chemische Reaktion und unabhängig von den Anfangskonzentrationen der Edukte und Produkte. Kc hängt nur von der Temperatur ab.

Dissoziationsgrad (α)

Der Dissoziationsgrad (α) gibt an, welcher Anteil eines Reaktanten reagiert hat. Er ist das Verhältnis zwischen der Menge (in Mol) des umgesetzten Reaktanten und der anfänglichen Menge des Reaktanten:

Reaktionsquotient Qc

Der Reaktionsquotient (Qc) hat die gleiche Form wie die Gleichgewichtskonstante, verwendet aber die Anfangskonzentrationen der Edukte und Produkte. Er gibt die Richtung an, in die sich eine Reaktion verschieben muss, um das Gleichgewicht zu erreichen:

• Qc = 0: Die Reaktion verschiebt sich nach rechts (Produkte).
• Qc = unendlich: Die Reaktion verschiebt sich nach links (Edukte).

Vergleich von Qc und Kc:

• Qc < Kc: Die Reaktion verschiebt sich nach rechts.
• Qc > Kc: Die Reaktion verschiebt sich nach links.

Gleichgewichtskonstante Kp

Kp ist analog zu Kc, wird aber für Reaktionen in der Gasphase verwendet und basiert auf den Partialdrücken der beteiligten Gase. Kp ist unabhängig von den Anfangskonzentrationen und hängt nur von der Temperatur ab.

Das Prinzip von Le Chatelier

Wenn ein System im Gleichgewicht eine Änderung erfährt (Konzentration, Druck, Temperatur), reagiert das System, um ein neues Gleichgewicht zu erreichen. Dieses neue Gleichgewicht wirkt der ursprünglichen Änderung teilweise entgegen.

Änderung der Konzentration

• Erhöhung der Konzentration der Reaktanten oder Verringerung der Produkte: Qc < Kc, Verschiebung nach rechts.
• Verringerung der Konzentration der Reaktanten oder Erhöhung der Produkte: Qc > Kc, Verschiebung nach links.

Änderung von Druck oder Volumen (T = konstant)

• Druckänderung durch Zugabe/Entfernung gasförmiger Stoffe: Wie bei Konzentrationsänderungen.
• Zugabe eines Inertgases (konstantes Volumen): Kein Einfluss auf das Gleichgewicht, da sich die Partialdrücke nicht ändern.
• Zugabe eines Inertgases (konstanter Druck): Das Gesamtvolumen ändert sich, und das Gleichgewicht verschiebt sich entsprechend den Konzentrationsänderungen.
• Volumenänderung: Eine Volumenverringerung erhöht den Druck (und umgekehrt). Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung der Seite mit weniger Gasmolekülen.

Änderung der Temperatur

• Temperaturerhöhung: Begünstigt die endotherme Reaktion (ΔH > 0).
• Temperaturerniedrigung: Begünstigt die exotherme Reaktion (ΔH < 0).