Bei einer Reaktion, die nur mit einem Gemisch von Reaktanten beginnt, ist die Produktkonzentration zunächst gleich Null. Wenn die Reaktion in Vorwärtsrichtung in Richtung Gleichgewicht fortschreitet, nehmen die Reaktantenkonzentrationen ab und die Produktkonzentration steigt. Wenn ein Gleichgewicht erreicht ist, bleiben die Konzentrationen der Reaktanten und Produkte konstant.

Wenn die Reaktion nur mit den vorhandenen Produkten beginnt, verläuft die Reaktion in umgekehrter Richtung in Richtung Gleichgewicht. Die Produktkonzentration nimmt mit der Zeit ab und die Reaktantenkonzentrationen steigen, bis die Konzentrationen im Gleichgewicht konstant sind.

Das Gesetz der Massenwirkung besagt, dass das Verhältnis der Konzentration von Produkten zur Konzentration der Reaktanten im Gleichgewicht, erhöht auf ihre jeweiligen stöchiometrischen Koeffizienten, gleich einer Konstanten ist, die als Gleichgewichtskonstante bezeichnet wird, K oder K_c.

Somit wird der Gleichgewichtskonstantenausdruck für die obige Reaktion wie folgt geschrieben:

Dabei gibt der Index “c” an, dass die Gleichgewichtskonstante die molare Konzentration von Reaktanten und Produkten berücksichtigt.

Die Größe der Gleichgewichtskonstante spiegelt explizit die Zusammensetzung eines Reaktionsgemisches im Gleichgewicht wider. Eine Reaktion, die ein großes K aufweist, erreicht ein Gleichgewicht, wenn der größte Teil des Reaktanten in ein Produkt umgewandelt wurde, während ein kleines K anzeigt, dass die Reaktion ein Gleichgewicht erreicht, nachdem sehr wenig Reaktant umgewandelt wurde. Es ist wichtig zu bedenken, dass die Größe von K nicht angibt, wie schnell oder langsam das Gleichgewicht erreicht wird. Einige Gleichgewichte stellen sich so schnell ein, dass sie fast augenblicklich eintreten, und andere so langsam, dass im Laufe von Tagen, Jahren oder länger keine wahrnehmbare Veränderung beobachtet wird. Die Gleichgewichtskonstante für eine Reaktion kann verwendet werden, um das Verhalten von Gemischen vorherzusagen, die ihre Reaktanten und/oder Produkte enthalten. Wie der oben beschriebene Schwefeldioxid-Oxidationsprozess zeigt, verläuft eine chemische Reaktion in die Richtung, die notwendig ist, um ein Gleichgewicht zu erreichen.

Gekoppelte Gleichgewichte

Viele Gleichgewichtssysteme beinhalten zwei oder mehr gekoppelte Gleichgewichtsreaktionen, die eine oder mehrere Reaktanten- oder Produktspezies gemeinsam haben. Der K-Wert für ein System mit gekoppelten Gleichgewichten kann mit den K-Werten der einzelnen Reaktionen in Beziehung gesetzt werden. Bei diesem Ansatz sind drei grundlegende Manipulationen erforderlich, die im Folgenden beschrieben werden:

• Die Änderung der Richtung einer chemischen Gleichung vertauscht im Wesentlichen die Identitäten von “Reaktanten” und “Produkten”, und so ist die Gleichgewichtskonstante für die umgekehrte Gleichung einfach der Kehrwert der Gleichgewichtskonstante für die Vorwärtsgleichung.

• Die Änderung der stöchiometrischen Koeffizienten in einer Gleichung um einen Faktor x führt zu einer exponentiellen Änderung der Gleichgewichtskonstante um denselben Faktor.

• Die Addition von zwei oder mehr Gleichgewichtsgleichungen ergibt eine Gesamtgleichung, deren Gleichgewichtskonstante das mathematische Produkt der K-Werte der einzelnen Reaktion ist.

Gleichgewichtskonstante Expression für heterogene Gleichgewichte

Bei heterogenen Gleichgewichten, an denen Reaktanten und Produkte in zwei oder mehr verschiedenen Phasen beteiligt sind, werden die Konzentrationen von reinen Feststoffen oder reinen Flüssigkeiten nicht in den Gleichgewichtskonstantenausdruck einbezogen, wie das folgende Beispiel zeigt:

Denn die relativen Konzentrationen für reine Flüssigkeiten und reine Feststoffe bleiben während der Reaktion konstant.

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