14.5: Reaktionsquotient

Der Status einer reversiblen Reaktion wird bequem durch die Bewertung ihres Reaktionsquotienten (Q) bewertet. Für eine reversible Reaktion, die durch m A + n B ⇌ x C + y D beschrieben wird, wird der Reaktionsquotient direkt aus der Stöchiometrie der ausgeglichenen Gleichung wie folgt abgeleitet

wobei der Index c die Verwendung von molaren Konzentrationen im Ausdruck bezeichnet. Handelt es sich bei den Reaktanten und Produkten um gasförmige Produkte, kann ein Reaktionsquotient in ähnlicher Weise unter Verwendung von Partialdrücken abgeleitet werden:

Beachten Sie, dass die obigen Reaktionsquotientengleichungen eine Vereinfachung strengerer Ausdrücke sind, die relative Werte für Konzentrationen und Drücke anstelle von absoluten Werten verwenden. Diese relativen Konzentrations- und Druckwerte sind dimensionslos (sie haben keine Einheiten); Folglich sind es auch die Reaktionsquotienten.

Der numerische Wert von Q variiert, wenn eine Reaktion in Richtung Gleichgewicht fortschreitet; daher kann er als nützlicher Indikator für den Status der Reaktion dienen. Um diesen Punkt zu veranschaulichen, betrachten wir die Oxidation von Schwefeldioxid:

Hier sind zwei verschiedene experimentelle Szenarien möglich, eines, in dem diese Reaktion nur mit einem Gemisch von Reaktanten, SO₂ und_O2, eingeleitet wird, und ein anderes, das nur mit dem Produkt SO₃ beginnt. Für die Reaktion, die nur mit einem Gemisch von Reaktanten beginnt, ist Q zunächst gleich Null:

Wenn die Reaktion in Vorwärtsrichtung auf ein Gleichgewicht zusteuert, nehmen die Reaktantenkonzentrationen ab (wie auch der Nenner von Q_c), die Produktkonzentration nimmt zu (ebenso wie der Zähler von Q_c) und der Reaktionsquotient nimmt folglich zu. Wenn ein Gleichgewicht erreicht ist, bleiben die Konzentrationen der Reaktanten und des Produkts konstant, ebenso wie der Wert von Q_c.

Wenn die Reaktion beginnt, wenn nur das Produkt vorhanden ist, ist der Wert von Q_c zunächst undefiniert (unermesslich groß oder unendlich):

In diesem Fall verläuft die Reaktion in umgekehrter Richtung in Richtung Gleichgewicht. Die Produktkonzentration und der Zähler von Q_c nehmen mit der Zeit ab, die Reaktantenkonzentrationen und der Nenner von Q_c nehmen zu, und der Reaktionsquotient nimmt folglich ab, bis er im Gleichgewicht konstant wird. Der konstante Wert von Q, den ein System im Gleichgewicht aufweist, wird als Gleichgewichtskonstante K bezeichnet:

Auswerten eines Reaktionsquotienten

Gasförmiges Stickstoffdioxid bildet Distickstofftetroxid nach dieser Gleichung:

Werden 0,10 mol NO₂ bei 25 °C in einen 1,0-l-Kolben gegeben, ändert sich die Konzentration so, dass im Gleichgewicht [NO₂] = 0,016 M und [N₂O₄] = 0,042 M beträgt. Bevor ein Produkt gebildet wird, ist [NO₂] = 0,10 M und [N₂O₄] = 0 M. So

Im Gleichgewicht,

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