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Grundlagen Chemisches Gleichgewicht

Das Massenwirkungsgesetz (MWG) - Einführung

Das Massenwirkungsgesetz beschreibt das Verhältnis der Aktivitäten (oft nur der Konzentrationen) der Edukte und Produkte einer chemischen Reaktion im Gleichgewicht. Dieses Verhältnis ist konstant und wird auch Gleichgewichtskonstante K genannt. Eine reversible chemische Reaktion, die im Gleichgewicht ist, steht nicht still! Hin- und Rückreaktion laufen nur gleich schnell ab, so dass es zu keiner Änderung der Edukt- bzw. Produktkonzentrationen mehr kommt.

Das MWG ist die Grundlage zur Beschreibung aller Gleichgewichtsreaktionen - dazu zählt die Berechnung der Löslichkeit genauso wie das große Thema pH-Wert, also Säuren, Basen, Puffer. Im Video gibt es sowohl die Herleitung und Erklärung des MWG, als auch die nähere Erläuterung anhand der Säurekonstante Ks.


Grundlagen

Alle erforderlichen Grundlagen sollten im Video behandelt werden. Falls dir noch etwas einfällt oder dir noch etwas zum Einstieg fehlt, schreib einfach einen Kommentar!


Video

Direktlink zum Video auf Youtube

Zusammenfassung in Textform (mit Zeitangaben)

Das Massenwirkungsgesetz

 

Einleitung

Beim Massenwirkungsgesetz geht es darum das Gleichgewicht einer Reaktion zu beschreiben. Ein Gleichgewicht kommt zustande, wenn sich die Konzentrationen der beteiligten Stoffe nicht mehr verändert. D.h. konkret, dass mit der Gleichgewichtskonstante K beschrieben wird, wie viel eines Stoffes bei einer Reaktion tatsächlich umgesetzt wird.

 

Massenwirkungsgesetz Herleitung (00:33)

Anhand der folgenden Gleichgewichtsreaktion wird die Herleitung des Massenwirkungsgesetzes beschrieben:

 

A + B <-> C + D

(Edukte <-> Produkte)

 

Bei einer Gleichgewichtsreaktion (nicht IM Ggw!!) läuft die Reaktion in beide Richtungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ab. (01:35)

 

Die Hinreaktion hat die Geschwindigkeit vhin (Edukte -> Produkte)

Die Rückreaktion hat die Geschwindigkeit vrück (Produkte -> Edukte)

 

vhin ist abhängig von der Konzentration der Edukte und einer Geschwindigkeitskonstante k. Ebenso ist vrück abhängig von der Konzentration der Produkte sowie einer Geschwindigkeitskonstante k‘. Konzentrationen von Stoffen werden auch in eckigen Klammern geschrieben. z.B. [A] = cA (03:00)

 

In dieser Textzusammenfassung muss momentan aus technischen Gründen auf die eckigen Klammern verzichtet werden und es wird (A) dafür verwendet, bitte aufpassen!

 

Damit gilt:

 

vhin = k * (A) * (B)

vrück = k‘ * (C) * (D)

 

Am Anfang einer Reaktion mit Edukten und noch fehlenden Produkten ist vhin natürlich größer als vrück , da die Konzentration auf der Eduktseite viel höher ist als auf der Produktseite.

Das dynamische Gleichgewicht bedeutet nun, dass vhin  und vrück gleich groß sind – an diesem Punkt lässt sich die Gleichgewichtskonstante errechnen.

Setzen wir vhin und vrück gleich, erhalten wir folgende Gleichung: (04:32)

 

k * (A) * (B) = k‘ * (C) * (D)

k/k‘ = ( (C) * (D) ) / ( (A) * (B) )      mit k/k’ = K = Gleichgewichtskonstante

K = ( (C) * (D) ) / ( (A) * (B) )          = Massenwirkungsgesetz

 

Nun können wir zwischen drei Fällen für K unterscheiden (06:40)

 

K > 1 … Das Gleichgewicht liegt auf der rechten Seite. Die Konzentration der Produkte ist höher als der Edukte.

K = 1 … Das Gleichgewicht liegt in der Mitte. Die Konzentrationen der Edukte und Produkte sind gleich.

K < 1 … Das Gleichgewicht liegt auf der linken Seite. Die Konzentration der Edukte ist höher als der Produkte.

 

Allgemeines Massenwirkungsgesetz (09:00)

 

aA + bB <-> cC + dD

Die Kleinbuchstaben sollen den jeweiligen stöchiometrischen Faktoren darstellen. Die stöchiometrischen Faktoren werden als Exponenten im allgemeinen Massenwirkungsgesetz eingesetzt.

 

K = ( (C)c * (D)d ) / ( (A)a * (B)b )  = allgemeines Massenwirkungsgesetz

 

 

Die Säurekonstante als Beispiel (11:40)

Die Säurekonstante Ks ist eine besondere Gleichgewichtskonstante und beschreibt das Dissoziationsgleichgewicht einer Säure. D.h. nichts anderes als: „Wieviel einer Säure liegt dissoziiert vor“. Je höher Ks ist, desto stärker ist im Allgemeinen auch die Säure.

 

Am folgenden Beispiel wird die Säurekonstante Ks hergeleitet:

 

HA + H2O <->H3O+ + A-

 

HA: Allgemeine Säure

H2O: Wasser

H3O+: Oxoniumion

A-: dissoziierte Säure

In diesem Beispiel wenden wir das Massenwirkungsgesetz an und kommen auf folgende Gleichung:

 

K = ( [H3O+] * [A-] ) / ( [HA] * [H2O] )

 

Da das Wasser auf Grund der hohen Konzentration auf das Gleichgewicht keinen Einfluss hat, kann es vernachlässigt werden, bzw. zur Konstante K hinzugefügt werden. -> Die Konstante nennt man nun Ks. (13:20)

Ks = ( [H3O+] * [A-] ) / [HA]             = Dissoziationsgleichgewicht einer Säure



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Weiterführende Videos

Da das Massenwirkungsgesetz eine absolutes Grundlagenvideo ist, kommen hier viele weiterführende Videos infrage. Besonders zu empfehlen sind sicherlich die Rubriken Löslichkeitsprodukt und pH-Wert - Säuren, Basen, Puffer. In beiden findest du jede Menge Basis- und Übungsvideos.

 

 

 

 

Diskussion

Kommentare   

 
0 # Frage zu einer Aufgabe ...NE 2014-03-22 19:01
Hallo Alex,

ich habe dieses Thema so gut wie verstanden.
Jedoch hänge ich an einer Aufgabe fest; würde mich echt freuen, wenn Du mir helfen könntest:

Aufgabe:

"In einem geschl. System von 1l Inhalt werden 1 mol H2 und 1 mol I2 (Iod) auf 450°C erhitzt. Im Gleichgewicht sind 1,56 mol HI vorhanden.
Wie groß ist Kc?"

Reaktionsgleichung lautet:

H2 + I2 --> 2 HI

MWG: Kc = C(HI²) / [ C(H2) x C(I2) ]

Ergebnis:

(1,56 mol/l)² / [ 0,22mol/l x 0,22 mol/l ]
= 50,3

Nun, ich verstehe nicht, wie man auf den 0,22 mol/l kommt?

Ich würde mich auf deine Hilfe freuen :)
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+2 # RE: Frage zu einer Aufgabe ...Alex 2014-03-23 11:10
1 mol H2 sind ja 2 mol H wenn man so will, genauso beim Iod.
Wenn 1.56mol HI gebildet werden, bleiben somit je 0.44mol übrig. Wenn du dann wieder berücksichtigst , dass Iod und Wasserstoff nur als H2 bzw. I2 auftreten, wirds wieder geteilt und du hast deine Erklärung.

Grüße,

Alex
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0 # Danke für die Antwort!Felix 2013-11-07 15:16
Ja, hab's jetzt ungefähr verstanden. Tiefer zu gehen macht bei mir wohl auch eher wenig Sinn, da ich eher schlechte Vorkenntnisse habe. Trotzdem nochmal vielen Dank, vor allem auch für die Seite generell. :) Morgen ist Kursarbeit und ich bin echt froh, die Seite gefunden zu haben.
Liebe Grüße
Felix
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzAlex 2013-09-20 06:54
Hallo Felix,

kein Problem - es wäre nur zu kompliziert geworden, hätte ich dies noch ins Video gepackt.

Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist erst einmal "v" - wieviele Teilchen reagieren pro Zeit. Je nachdem, welche Reaktionsordnun g vorliegt, kann man k aus den jeweiligen Graphen ablesen:

de.wikipedia.org/.../...

k ist genauer gesagt der Geschwindigkeit skoeffizient. Das ist alles etwas komplexer und Sache der physikalischen Chemie - hier muss ich wissen, über welches Grundwissen du verfügst, damit eine Erklärung Sinn macht.

Wichtig hierfür ist: Die Reaktionsgeschw indigeiten und damit auch k sind konstant, daher ist auch die Gleichgewichtsk onstante eine Konstante und es genügt, mit diesem Verhältnis zu rechnen, statt mit den schwer bestimmbaren "Einzelgeschwin idgkeiten" bzw. deren Koeffizienten.

Dazu müsste ich glaube ich auch nochmal etwas machen....

Trotzdem etwas klarer jetzt?

Grüße,

alex
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0 # Geschwindigkeit skonstante kFelix 2013-09-19 22:45
Hallo,
Erst mal danke für das Video, hat schon sehr geholfen :).
Habe leider nur noch ein kleines Verständnisprob lem mit der Geschwindigkeit skonstante k.(ob khin, oder krück sei dahingestellt).
Was genau sagt diese Konstante aus? Und wieso ergeben die beiden durcheinander geteilt K?
Schonmal vielen Dank im Vorraus :)
Liebe Grüße
Felix
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+1 # RE: Das Massenwirkungsg esetzAlex 2013-08-07 19:36
Kein Problem, dafür gibts schließlich die Kommentarfunkti on ;-)

Ja, das ist im Grunde das Gleiche, bzw. sagt das gleiche aus: der pKs-Wert ist der negative dekadische Logarithmus des Ks-Wertes:

pKs= -lg(Ks)

Der Ks-Wert ist ja die Gleichgewichtsk onstante der Dissoziationsgl eichung (nach MWG), also

HA+H2O -> H3O(+) + A(-)

typischerweise kommen da sehr kleine Zahlen raus: 5*10hochminussc hlagmichtot - also sehr unhandliche Werte, der pKs-Wert ist da bedeutend einfacher zu handhaben, in der Größenordnung zu merken und so weiter.

Die von dir genannte Grundaussage ist aber korrekt, das Logarithmieren von bestimmten Dingen um handhabbare Werte zu erhalten ist aber recht stark verbreitet - der pH-Wert selbst ist wohl das beste Beispiel.

Alles klar?

Grüße,

alex
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzNonami 2013-08-07 15:59
Nochmal ich :-* ...
Der Ks Wert macht ja eine Aussage darüber wie stark eine Säure ist. Ich hab jetzt immer wieder von einem pKs Wert gelesen, der angibt wie stark die Tendenz ist, dass die Säure ein Proton abgibt. Drücken dann diese beiden Werte (Ks und pKs) nicht das gleiche aus? Weil es doch auch so ist "je stärker eine Säure, desto lieber gibt sie ein Proton ab" ? (Und falls das richtig sein sollte -wie lassen sich die unterschiedlich en Werte von Ks und Pks vergleichen?)
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+1 # RE: Das Massenwirkungsg esetzAlex 2013-08-06 17:57
@Nonami

Der Stöchiometrisch e Faktor steht vor der Summenformel - er gibt an, wieviel (Mol oder einzelne Moleküle) dort mit wievielen anderen (Mol o. Moleküle) reagieren. In dem Fall also die "3".

Grüße,

alex
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzNonami 2013-08-06 16:21
Danke, hat mir sehr geholfen! Aber was sind stöchiometrisch e Faktoren? z.b. bei 3 H2O. Ist der stöchiometrisch e faktor dann die drei oder die zwei?
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzMilad 2013-05-18 18:10
ja danke hat mir sehr geholfen
ich hatte fürs erste den ansatz mit x^2/y^2 deswegen bin ich da nicht weiter gekommen.

lg milad
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzAlex 2013-05-05 16:48
Hi Milad!

Wie hast du denn a) gelöst? Der Ansatz ist ja im Grunde ähnlich...

Das hier müsste dir helfen:

tomchemie.de/.../...

Soweit klar?
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0 # Lösung AufgabeMilad 2013-05-05 14:32
H3C-C(=O)OH (HAc) + H3COH (MeOH) H3C-C(=O)OCH3(E ster) + H2O K = {[Ester]eq * [H2O ]eq} / {[HAc]eq * [MeOH]eq} = 0,5
a) Wie groß sind die Mengen an Ester, H2O, HAc und MeOH in mol/L im Gleichgewicht, wenn die Konzentrationen der Edukte vor der Reaktion je 1 mol/L betragen?

b) Wie groß sind die Mengen an Ester und H2O in mol/L im Ggw., wenn die Konz- entration an HAc 1 mol/L und von MeOH 10 mol/L vor der Reaktion beträgt?
c) Wie groß ist die Menge an Ester in mol/L im Ggw., wenn die Konzentrationen der Edukte je 1 mol/L vor der Reaktion betragen und im Ggw. 0.001 mol/L an H2O vorliegt?
Hi also auf a) komm ich ja noch grad so aber bei b) und c) hab ich echt keine Ahnung. Wär cool wenn du mir weiterhelfen könntest. Die lösung für b) ist 0,844/0,844 und für c) 0,95627
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzAlex 2013-01-23 18:13
Danke!

ich kümmere mich drum...

Bis dahin gehts aber auch über die suche bzw. die verwandten Beiträge.
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0 # RE: Das Massenwirkungsg esetzMichael 2013-01-23 16:19
sehr gutes video. ;-) der direkte link bei "weiterführende videos" zum "löslichkeitspr odukt" funktioniert leider nicht...
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