Massenwirkungsgesetz

Das Massenwirkungsgesetz (kurz: MWG) stellt einen Zusammenhang zwischen den Konzentrationen der an einer Gleichgewichtsreaktion beteiligten Stoffe dar.

Important to know:

Es dürfen nur die Gleichgewichtskonzentrationen der Edukte und Produkte eingesetzt werden.

Wie wird das Massenwirkungsgesetz hergeleitet?

Man hat herausgefunden, dass bei reversiblen (umkehrbaren) Reaktionen ein Zusammenhang zwischen den Konzentrationen der beteiligten Stoffe besteht. Im Folgenden siehst du eine Abbildung, die dir diesen Zusammenhang mit jeweils einer allgemeinen und einer beispielhaften Reaktion veranschaulicht:

Abb. 1: Beispiel

aus: Abitur-Training - Chemie Band 2

Massenwirkungsgesetz - Einführung der Gleichgewichtskonstante

Das Massenwirkungsgesetz fasst den in Abb. 1 dargestellten Zusammenhang mit der Gleichgewichtskonstante KC zusammen:

Abb. 2: Gleichgewichtskonstante

aus: Abitur-Training - Chemie Band 2

Im Gleichgewichtszustand findet man folgende Konzentrationen:

c(N2) = 5 mol · L-1 ; c(H2O) = 6 mol · L-1 ; c(NO) = 4 mol · L-1 ; c(H2) = 3 mol · L-1

Einsetzen der Werte in das MWG:

Abb. 3: Einsetzen der Werte

aus: Abitur-Training - Chemie Band 2

Der Wert KC = 0,8 mol · L-1 bedeutet nun für uns, dass wir im Gleichgewichtszustand die Konzentrationen der beteiligten Stoffe so finden, dass die Gleichgewichtskonstante KC = 0,8 mol·L-1 beträgt. Dabei ist es egal, ob wir von den Produkten oder Edukten ausgehen.

Important to know:

Da die Lage des chemischen Gleichgewichts temperaturabhängig ist, geben wir die Gleichgewichtskonstante KC immer nur für bestimmte Temperaturen an.

Schließlich hat die Gleichgewichtskonstante KC bei einer bestimmten Temperatur einen konstanten, für eine im Gleichgewicht befindliche Reaktion charakteristischen Zahlenwert.

Welche Funktion hat die Gleichgewichtskonstante?

1. Stellen wir das Massenwirkungsgesetz für eine nicht im Gleichgewicht befindliche Reaktion auf, so erhalten wir nicht die Gleichgewichtskonstante KC, sondern den Massenwirkungsquotienten Q. Wir können so eine Aussage treffen, ob vermehrt die Hin- oder Rückreaktion ablaufen wird:
   • Ist Q < KC => kein Gleichgewichtszustand => die Hinreaktion wird überwiegen, bis Q = KC
   • Ist Q > KC => kein Gleichgewichtszustand => die Rückreaktion wird überwiegen, bis Q = KC.
2. Mit Hilfe der Gleichgewichtskonstanten KC können wir Gleichgewichtskonzentrationen berechnen.

Wie wird das Massenwirkungsgesetz angewendet?

Im Folgenden findest du ein Beispiel zur Berechnung der Gleichgewichtskonzentrationen einer Reaktion. Hierbei gehen wir in sinnvollen und aufeinander aufbauenden Schritten vor, deren Ablauf dir als Vorlage für weitere Berechnungen dienen kann.

Aufgabenstellung:

Bei 20°C ist die Gleichgewichtskonstante für das Ethansäureetyhlester-Gleichgewicht KC = 3,0.

Berechne die Konzentrationen der Edukte und Produkte im Gleichgewicht, wenn von c(CH3COOH ) = 2 mol · L-1 ausgegangen wird. Das Gefäßvolumen beträgt 1 L.

Lösung:

Abb. 4: Lösung

aus: Abitur-Training - Chemie Band 2

Erklärung:

1. Ester und Wasser entstehen im Verhältnis 1:1, also je x mol.
2. Für jedes Molekül Ester, das entsteht, wird ein Teilchen Essigsäure (bzw. Ethanol) verbraucht. Wenn also x mol Ester entstehen, liegen im Gleichgewicht x mol weniger Essigsäure vor.

Aufstellen des Massenwirkungsgesetzes:

Abb. 5: Aufstellen des MWG

Aus: Abitur-Training - Chemie Band 2

Umstellen:

2x2 - 15x + 18 = 0

Ausrechnen:

Abb. 6: Ausrechnen

Aus: Abitur-Training - Chemie Band 2

Für dich ist es wichtig zu wissen, dass es mathematisch zwei Lösungen gibt, naturwissenschaftlich aber nur eine: x2 = 1,5 mol, da sich bei Einsetzen von x1 = 6 mol für die Edukte negative Stoffmengen ergeben, die es nicht geben kann.

Es liegen uns somit folgende Gleichgewichtskonzentrationen vor:

cGG(CH3COOH) = 0,5 mol · L-1 ; cGG(CH3CH2OH) = 1,5 mol · L-1 ;

cGG(Ester) = cGG(H20) = 1,5 mol · L-1

Massenwirkungsgesetz - Alles Wichtige auf einen Blick:

• Das Massenwirkungsgesetz (kurz: MWG) stellt einen Zusammenhang zwischen den Konzentrationen der an einer Gleichgewichtsreaktion beteiligten Stoffe dar.
• Bei reversiblen (umkehrbaren) Reaktionen besteht ein Zusammenhang zwischen den Konzentrationen der beteiligten Stoffe.
• Das Massenwirkungsgesetz fasst diesen Zusammenhang mit der Gleichgewichtskonstante KC zusammen.
• Wir geben die Gleichgewichtskonstante KC immer nur für bestimmte Temperaturen an. Daraus folgt, dass die Gleichgewichtskonstante bei einer bestimmten Temperatur einen konstanten, für eine im Gleichgewicht befindliche Reaktion charakteristischen Zahlenwert hat.
• Mit Hilfe des Massenwirkungsgesetzes und der Gleichgewichtskonstante KC können wir:
  1. beurteilen, ob vermehrt die Hin- oder Rückreaktion ablaufen wird.
  2. Gleichgewichtskonzentrationen berechnen.

FERTIG!

Zum einen weißt du jetzt, was das Massenwirkungsgesetz ist und zum anderen bist du nun in der Lage mit Hilfe der daraus resultierenden Gleichgewichtskonstanten KC den Ablauf einer Reaktion zu beurteilen sowie Gleichgewichtskonzentrationen zu berechnen. Artikel zu diesem und vielen weiteren Themen, Übungsaufgaben und hilfreiche Literatur findest du auf StudySmarter.