Berechnung der Gleichgewichtskonstante

Für jede Gleichgewichtsreaktion ist die Gleichgewichtskonstante K charakteristisch. Mithilfe der Gleichgewichtskonstante kann beurteilt werden, in “welche” Richtung eine Reaktion verläuft, also ob das Gleichgewicht auf der Seite der Edukte oder Produkte ist.

Gleichgewichtsreaktion

Bedingung für eine Gleichgewichtsreaktion: Bei der Reaktion müssen neben den Endstoffen auch noch Ausgangsstoffe nachgewiesen werden, d.h. weder die Hinreaktion noch die Rückreaktion laufen vollständig ab.

Gleichgewichtskonstante

Die Gleichgewichtskonstante K ist definiert als der Quotient aus Produkt der Konzentration der Endstoffe durch das Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe.

z.B. a·A + b·B -> c·C + d·D

Daraus ergibt sich folgende Gleichgewichtskonstante:

 

Die Gleichgewichtskonstante

Die Gleichgewichtskonstante

 

Bestimmung der Gleichgewichtskonstante

Für die Bestimmung der Gleichgewichtskonstante K gibt es zwei Möglichkeiten, eine experimentelle und eine theoretische.

  • Experimentelle Bestimmung: Dazu wird -sobald sich die Reaktion im Gleichgewicht befindet – die Konzentrationen der Ausgangs- und Endstoffe gemessen und anschließend in die Gleichung eingesetzt.
  • Theoretische Bestimmung:

Aus der physikalischen Chemie gilt folgender Zusammenhang: .
Nun muss man nur noch die Differenz der freien Enthalpie (auch freie Reaktionsenthalpie genannt) bestimmen, diese lässt
sich leicht mithilfe tabellierte Werte aus Formelsammlungen berechnen. D G = D H – T D S

           Beispiel:      3H2 + N2 -> 2NH3

           D H = -92,4 KJ
D S = – 198 J/K (D S = (2·192,3 [=NH3]) – (191,5 [=N2] + 3·130,6 [=H2])

           Bei T = 298 K :
D G = – 92 kJ/mol -298 K·(-0,198 kJ/mol·K ) = – 33 kJ/mol

           Setzt man diese Werte in obig genannte Gleichung ein, so erhält man:

            D G = – R·T·lnK
=> ln K = -D G /R·T
=> K = 5,73 (mit R [Gaskonstante]= 8,31 J/K)

Aussagekraft der Gleichgewichtskonstante K

  • K >> 1:  Die Gleichgewichtskonstante lässt darauf schließen, dass die Reaktion in Richtung der Produkte läuft bzw. fast vollständig auf der Seite der Produkte liegt.
  • K =1: Edukte und Produkte liegen etwa in gleicher Konzentration vor.
  • K << 1: Die Gleichgewichtskonstante lässt darauf schließen, dass die Reaktion in Richtung der Edukte läuft bzw. fast nur die Edukte vorliegen.
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Allgemeine Chemie