Die Gleichgewichtskonstante

Das Gesetz der Massenwirkung führt die Gleichgewichtskonstante ein, um die Gleichgewichtskonzentrationen der Reaktanten und Produkte in Beziehung zu setzen.

Für eine ausgeglichene chemische Gleichung, in der A und B Reaktanten, C und D Produkte und die Kleinbuchstaben a, b, c und d ihre jeweiligen stöchiometrischen Koeffizienten sind, ergibt sich der Ausdruck der Gleichgewichtskonstante aus den molaren Konzentrationen der Produkte dividiert durch die molaren Konzentrationen der Reaktanten, die alle auf ihre stöchiometrischen Koeffizienten angehoben werden.

Die Gleichgewichtskonstante wird oft mit dem Symbol K oder K_c ausgedrückt, wobei der Index c die Gleichgewichtskonstante in Bezug auf die molare Konzentration angibt. Da es sich um ein Verhältnis der molaren Konzentrationen handelt, ist die Gleichgewichtskonstante einheitenlos.

Eine große Gleichgewichtskonstante viel größer als 1 bedeutet, dass der Zähler, d.h. die Konzentration der Produkte, größer ist als der Nenner, die Konzentration der Reaktanten. Dies deutet darauf hin, dass das Gleichgewicht zu den Produkten hin liegt und die Vorwärtsreaktion begünstigt.

Umgekehrt bedeutet eine kleine Gleichgewichtskonstante, die viel kleiner als 1 ist, dass der Nenner größer als der Zähler ist. Dies bedeutet, dass das Gleichgewicht in Richtung der Reaktanten liegt und die Umkehrreaktion begünstigt.

Bei einer Gleichgewichtskonstante der Größenordnung von 1 oder nahe 1 sind die relativen Konzentrationen der Reaktanten und Produkte nahezu gleich. Dies deutet darauf hin, dass weder die Reaktion, vorwärts noch rückwärts, begünstigt wird.

Modifikationen der chemischen Gleichung verändern auch die Gleichgewichtskonstante.

Wenn eine chemische Reaktion mit einer Gleichgewichtskonstante x umgekehrt wird, ist der Gleichgewichtskonstantenausdruck für die Umkehrreaktion der Kehrwert der Vorwärtsreaktion. Die neue Gleichgewichtskonstante wäre also 1 über x.

Wenn die Koeffizienten mit einem anderen Faktor n multipliziert werden, wird die Gleichgewichtskonstante auf denselben Faktor angehoben. Die neue Gleichgewichtskonstante wäre nun xⁿ.

Wenn zwei oder mehr Einzelreaktionen addiert werden, ist die Gleichgewichtskonstante für die Gesamtreaktion das Produkt der einzelnen Gleichgewichtskonstanten. Die neue Gleichgewichtskonstante wäre also y × z.

Für ein heterogenes Gleichgewicht schließt der Gleichgewichtskonstantenausdruck reine feste oder reine flüssige Einheiten aus.

Zum Beispiel schließt der Gleichgewichtskonstantenausdruck für die Zersetzung von festem Ammoniumnitrat zu gasförmigem Distickstoffmonoxid und Wasserdampf Ammoniumnitrat – einen reinen Feststoff – aus.

Dies liegt daran, dass die relative molare Konzentration eines reinen Feststoffs oder einer Flüssigkeit während der Reaktion konstant bleibt.