In diesem Kapitel wirst du das Massenwirkungsgesetz kennenlernen. Dieses ist ein wichtiges Mittel, um die Lage eines chemischen Gleichgewichtes abzuschätzen. Mithilfe des Massenwirkungsgesetzes ist es außerdem möglich viele hilfreiche chemische Größen wie den pH-Wert zu definieren.

Wie oben am Beispiel des Apfelkrieges dargestellt, befinden sich Edukte und Produkte einer reversiblen Reaktion in einem chemischen Gleichgewicht. Somit kann weder Hin- noch die Rückreaktion vollständig ablaufen. Das sich einstellende Gleichgewicht ist abhängig von den Edukten und Produkten sowie den Reaktionsbedingungen (Druck und Temperatur).

Mit dem Massenwirkungsgesetz (MWG) kann die Gleichgewichtskonstante der Reaktion berechnet werden.

Wie kommt das Massenwirkungsgesetz zustande?

Eine chemische Reaktion kann folgendermaßen beschrieben werden: aA + bB ↔ cC + dD

Auf der linken Seite stehen die Edukte A und B, auf der rechten Seite die beiden Produkte C und D. Die kleiungeschriebenen Buchstaben (die auch als griechische Buchstaben dargestellt werden können) sind stöchiometrische Faktoren, die angeben, wieviel von jedem Stoff reagiert.

Um das Massenwirkungsgesetz aufzustellen und die Gleichgewichtskonstante zu bestimmen, werden die Konzentrationen der Produkte (C und D) im Zähler multipliziert und die Konzentrationen der Edukte (A und B) im Nenner multipliziert. Daraus ergibt sich folgende mathematische Formel:

Je nachdem wie groß die Gleichgewichtskonstante K ist, können folgende Aussagen getroffen werden:

• Ist der Wert von K>1, so liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite.
• Ist K=1, so liegen genauso viele Produkte wie Edukte vor.
• Für Werte K<1 liegt das Gleichgewicht auf der Eduktseite.

Die Gleichgewichtslage ist nicht nur von den Konzentrationen der Stoffe, sondern auch von Temperatur, Druck und Zerteilungsgrad abhängig.

Wichtig ist noch, dass Feststoffe im MWG nicht vorkommen, da ihre Konzentration als nahezu konstant angenommen wird. Die Einheit der Gleichgewichtskonstanten K kann variieren.

Bei der Einheit muss man daher aufmerksam sein und an die Exponenten denken. Im Abitur werden oftmals die Konzentrationen oder die Gleichgewichtskonstanten angegeben und du sollst dann nach dem jeweils fehlenden Wert auflösen.

Bekannte Beispiele für Gleichgewichte sind die Autoprotolyse des Wassers, das Iod-Wasserstoff-Gleichgewicht, das Ammoniak-Gleichgewicht und das Ester-Gleichgewicht. Auch die Lösungen von Salzen bilden oft ein Gleichgewicht aus.

Hier die jeweiligen Reaktionsgleichungen:

H₂O ↔ OH^- + H⁺

I₂ + H₂ ↔ 2 HI

N₂ + 3 H₂ ↔ 2 NH₃

Carbonsäure + Alkohol ↔ Ester + Wasser

Reagieren zwei Edukte A und B miteinander, so wird sich das chemische Gleichgewicht nicht direkt einstellen. Vielmehr dauert es eine bestimmte Zeit, bis sich dieses Gleichgewicht aus Edukten und Produkten einstellt und die Konzentration beider konstant ist. Diese Dauer wird auch als Einstellzeit bezeichnet.

Um die Einstellzeit zu verkürzen – also die Edukte schneller miteinander reagieren zu lassen – können sog. Katalysatoren eingesetzt werden. Katalysatoren sind Stoffe, die die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöhen können, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Sie verkürzen somit die Einstellzeit, ohne die Lage des chemischen Gleichgewichts zu verändern.

Es kann zwischen 2 Arten von Gleichgewichten unterschieden werden: Homogenes und heterogenes Gleichgewicht