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

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 tabellierter Werte aus Formelsammlungen berechnen: Δ G = ΔH – TΔ S

Beispiel:      3H₂ + N₂ -> 2NH₃

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

Bei T = 298 K :
Δ 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:

Δ G = – R·T·lnK
=> ln K = -Δ 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.

Berechnung der Gleichgewichtskonstante – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist eine Gleichgewichtskonstante?

Die Gleichgewichtskonstante gibt die Konzentrationen der Produkte und Reaktanten in einer chemischen Reaktion an, wenn das System ein chemisches Gleichgewicht erreicht hat. Sie wird durch die Law of Mass Action beschrieben.

2. Welchen Zweck hat die Berechnung der Gleichgewichtskonstante?

Die Berechnung der Gleichgewichtskonstante ist wichtig, um das Verhältnis der Konzentrationen von Reaktanten und Produkten im Gleichgewicht zu bestimmen. Dies kann helfen, chemische Reaktionen zu analysieren und zu kontrollieren.

3. Was ist die Formel zur Berechnung der Gleichgewichtskonstante?

Die Formel zur Berechnung der Gleichgewichtskonstante ist K=[C]^c[D]^d[A]^a[B]^b, wo a, b, c, und d die stöchiometrischen Koeffizienten und A, B, C, D die Reaktanten und Produkte sind.

4. Wie interpretiert man eine Gleichgewichtskonstante, die größer als 1 ist?

Wenn die Gleichgewichtskonstante größer als 1 ist, deutet dies darauf hin, dass die Konzentrationen der Produkte im Gleichgewicht größer sind als die der Reaktanten. Dies bedeutet, dass die Reaktion stark in Richtung der Produkte verläuft.

5. Was bedeutet es, wenn die Gleichgewichtskonstante gleich 1 ist?

Wenn die Gleichgewichtskonstante gleich 1 ist, bedeutet dies, dass die Konzentrationen von Reaktanten und Produkten im Gleichgewicht gleich sind. Die Reaktion verläuft weder stark in Richtung der Reaktanten noch der Produkte.

6. Wie wird die Gleichgewichtskonstante bei einer Temperaturänderung beeinflusst?

Die Gleichgewichtskonstante ändert sich mit der Temperatur. Dies steht im Einklang mit dem Prinzip von Le Chatelier, das besagt, dass sich ein System im Gleichgewicht an Störungen anpasst, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Bei Erhöhung der Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung der Endothermen Reaktion.

7. Wie verändert sich die Gleichgewichtskonstante, wenn die Gleichung der Reaktion multipliziert wird?

Wenn die Gleichung der Reaktion multipliziert wird, ist die neue Gleichgewichtskonstante die Potenz der ursprünglichen Gleichgewichtskonstanten mit der multiplizierten Zahl als Exponent.

8. Wie berechnet man die Gleichgewichtskonstante für eine umgekehrte Reaktion?

Die Gleichgewichtskonstante für eine umgekehrte Reaktion ist der Kehrwert (1/K) der Gleichgewichtskonstante der ursprünglichen Reaktion.

9. Was ist der Unterschied zwischen Kp und Kc?

Kp ist die Gleichgewichtskonstante in Bezug auf den Partialdruck der Gase, während Kc die Gleichgewichtskonstante in Bezug auf die Konzentration ist. Beide repräsentieren dasselbe chemische Gleichgewicht, aber in verschiedenen Zuständen.

10. Wie kann man die Gleichgewichtskonstante bei einer Veränderung des Drucks vorhersagen?

Die Gleichgewichtskonstante selbst ändert sich nicht mit dem Druck, da sie nur von der Temperatur abhängig ist. Eine Druckänderung kann jedoch die Position des Gleichgewichts ändern, aber nicht die Gleichgewichtskonstante selbst.