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Das Massenwirkungsgesetz in der Chemie


Das Massenwirkungsgesetz:

Das Massenwirkungsgesetz bzw. seine Anwendung dient beispielsweise dazu, um im fortgeschrittenen Chemieunterricht "Gleichgewichtskonstanten" zu berechnen oder Aussagen über die Stabilität von Reaktionsprodukten aussagen zu können. Im Rahmen der Allgemeinen Chemie lernt man, das Massenwirkungsgesetz für eine beliebige Reaktion aufzustellen. Mit Hilfe dieses Massenwirkungsgesetzes kann im Rahmen der Allgemeinen Chemie ausgesagt werden, in weit eine chemische Reaktion abläuft.

Definition im Rahmen der Allgemeinen Chemie: Das Massenwirkungsgesetz gibt dabei den Zusammenhang zwischen der Konzentration der Produkte  und der Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion an.

Das Massenwirkungsgesetz und deren Anwendung

Die Formel zur Berechnung des Massenwirkungsgesetzes lässt sich wie folgt beschreiben: Das Massenwirkungsgesetz ist das "mathematische Produkt" der Konzentrationen der Produkte dividiert durch das Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe. Die Konzentrationen der Produkte erscheinen daher im Zähler, die der Ausgangsstoffe im Nenner. Liegt in der Reaktionsgleichung ein sogenannter stöchiometrischer Faktor vor, so wird dieser stöchiometrische Faktor im Massenwirkungsgesetz als Exponenten über der zugehörigen Konzentration geschrieben.

Allgemeines Beispiel:

allgemeine Reaktion

Dazugehöriges Massenwirkungsgesetz

Massenwirkungsgesetz

So einfach leitet man das Massenwirkungsgesetz her ( die Produkte einer Reaktion stehen im Zähler, die Ausgangsstoffe im Zähler. Aus dem "+" in einer chemischen Reaktion wird ein "·" (Multiplikation) und aus dem "·" in einer chemischen Reaktion wird ein "Exponent".

Erst jetzt folgt hier der Hinweis, dass das Aufstellen des Massenwirkungsgesetzes nur "erlaubt" ist, wenn die chemische Reaktion im Gleichgewicht ist. Das bedeutet, wir dürfen das Massenwirkungsgesetz einer Reaktion nur dann aufstellen, wenn diese nicht vollständig abläuft, d.h. es muss im Reaktionssystem sowohl Ausgangsstoffe und Produkte zu finden sein (zu jedem Zeitpunkt). Warum dies so ist, können wir leicht verstehen, nachdem wir das Massenwirkungsgesetz betrachten. Würde eine Reaktion vollständig ablaufen, wäre die Konzentration der Ausgangsstoffe "Null". Da diese im Nenner des Massenwirkungsgesetzes stehen, wäre der Nenner "Null". Rein mathematisch würden in diesem Fall eine Zahl durch "Null" teilen. 

Die Bedeutung des Massenwirkungsgesetzes im Rahmen der Allgemeinen Chemie

Im Rahmen der Allgemeinen Chemie können wir das Massenwirkungsgesetz dazu benutzen, um über das "Gleichgewicht" einer chemischen Reaktion eine Aussage treffen zu können, d.h. bildet sich bei einer chemischen Reaktion viel Produkt oder reagieren die Ausgangsstoffe eher kaum. Dazu gibt es drei Möglichkeiten:


Die sogenannte Gleichgewichtskonstante K des Massenwirkungsgesetzes ist


  • sehr viel kleiner als 1 (K << 1), d.h. der Zähler (Produkte) ist klein und der Nenner (Ausgangsstoffe) groß. Liegt dieser Fall vor, so läuft die betrachtete Reaktion so gut wie nicht ab. Es liegen fast nur Ausgangsstoffe vor
  • K = 1, d.h. Zähler und Nenner sind gleich, die Reaktion befindet sich im Gleichgewicht, Das mathematische Produkte aus Ausgangsstoffen ist genauso groß wie das mathematische Produkt aus den "Endstoffen" der Reaktion
  • sehr viel größer als 1 (K >> 1), d.h. der Zähler ist groß und der Nenner klein. Liegt dieser Fall vor, so läuft die betrachtete Reaktion fast vollständig ab.

Diese drei Fälle sind idealisierte (Extrem)fälle, in der Realität liegt die "Gleichgewichtskonstante" zwischen diesen drei Fallen. Man spricht dann davon, dass das Gleichgewicht eher auf der Seite der Produkte (K > 1) bzw. eher auf der Seite der Ausgangsstoffe (K < 1) liegt.


Die Bedeutung des Massenwirkungsgesetzes im Rahmen der fortgeschrittenen Chemie

Für besonders interessierte: Der sichere Umgang mit dem Massenwirkungsgesetz ist vor allem in der Anorganischen und der Physikalischen Chemie von enormer Bedeutung. Für viele quantitative Berechnungen von chemischen Reaktionen wird als Grundlage das Massenwirkungsgesetz verwendet. Beispiele für die Anwendung des Massenwirkungsgesetzes sind:

  • Bestimmung von Säurekonstanten
  • Bestimmung von Dissoziationskonstanten
  • Bestimmung von Löslichkeitsprodukten beim Lösen von Salzen in einem Lösungsmittel

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