Reversible Reaktionen treten in beide Richtungen auf, aber jede reversible Reaktion pendelt sich in eine „Gleichgewichtsposition“ ein. Will man das Gleichgewicht einer solchen Reaktion charakterisieren, so beschreibt die Gleichgewichtskonstante das Gleichgewicht zwischen den Produkten und Edukten. Die Berechnung der Gleichgewichtskonstante erfordert die Kenntnis der Konzentrationen der Produkte und der Reaktanten in der Reaktion im Gleichgewicht. Der Wert der Konstanten hängt auch von der Temperatur ab und davon, ob die Reaktion exotherm oder endotherm ist.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Für die allgemeine Reaktion:
aA(g) + bB(g) ⇌ gG(g) + hH(g)
Dabei stehen die Kleinbuchstaben für die Molzahl, die Großbuchstaben stehen für die chemischen Komponenten der Reaktion und die Buchstaben in Klammern stehen für den Aggregatzustand. Sie finden die Gleichgewichtskonstante der Konzentration mit dem Ausdruck:
Kc = [G]G [H]ha [A]ein[B]b
Bei exothermen Reaktionen verringert eine Erhöhung der Temperatur den Wert der Konstanten, und bei endothermen Reaktionen erhöht eine Erhöhung der Temperatur den Wert der Konstanten.
Berechnung der Gleichgewichtskonstante
Die Formel für die Gleichgewichtskonstante bezieht sich auf eine generische „homogene“ Reaktion (bei der die Aggregatzustände von Produkten und Reaktanten gleich sind), nämlich:
aA(g) + bB(g) ⇌ gG(g) + hH(g)
Dabei stehen die Kleinbuchstaben für die Molzahl jeder Komponente in der Reaktion und die Großbuchstaben stehen für die an der Reaktion beteiligten Chemikalien und der Buchstabe (g) in Klammern steht für den Aggregatzustand (Gas, hier Fall).
Der folgende Ausdruck definiert die Gleichgewichtskonstante der Konzentration (Kc):
Kc = [G]G [H]ha [A]ein[B]b
Hier stehen die eckigen Klammern für die Konzentrationen (in Mol pro Liter) für jede der Reaktionskomponenten im Gleichgewicht. Beachten Sie, dass die Mole jeder Komponente in der ursprünglichen Reaktion jetzt Exponenten im Ausdruck sind. Wenn die Reaktion die Produkte begünstigt, ist das Ergebnis größer als 1. Wenn es die Reaktanten begünstigt, beträgt es weniger als 1.
Für inhomogene Reaktionen sind die Berechnungen gleich, außer dass Feststoffe, reine Flüssigkeiten und Lösungsmittel in den Berechnungen alle einfach als 1 gezählt werden.
Die Gleichgewichtsdruckkonstante (Kp) ist sehr ähnlich, wird aber für Reaktionen mit Gasen verwendet. Anstelle der Konzentrationen verwendet es Partialdrücke jeder Komponente:
Kp = pGG pHha pEINein pBb
Hier, (pG) ist der Druck der Komponente (G) und so weiter, und die Kleinbuchstaben repräsentieren die Molzahl in der Reaktionsgleichung.
Sie führen diese Berechnungen auf ähnliche Weise durch, aber es hängt davon ab, wie viel Sie über die Mengen oder Drücke der Produkte und Reaktanten im Gleichgewicht wissen. Sie können die Konstante mit bekannten Anfangsmengen und einem Gleichgewichtsbetrag mit etwas Algebra bestimmen, aber im Allgemeinen ist es bei bekannten Gleichgewichtskonzentrationen oder -drücken einfacher.
Wie die Temperatur die Gleichgewichtskonstante beeinflusst
Eine Änderung des Drucks oder der Konzentration der in der Mischung vorhandenen Stoffe ändert nichts an der Gleichgewichtskonstante, obwohl beides die Gleichgewichtslage beeinflussen kann. Diese Änderungen neigen dazu, die Auswirkungen der von Ihnen vorgenommenen Änderung rückgängig zu machen.
Die Temperatur hingegen ändert die Gleichgewichtskonstante. Bei einer exothermen Reaktion (bei der Wärme freigesetzt wird) verringert eine Temperaturerhöhung den Wert der Gleichgewichtskonstante. Bei endothermen Reaktionen, die Wärme aufnehmen, erhöht eine Temperaturerhöhung den Wert der Gleichgewichtskonstante. Die spezifische Beziehung wird in der van't Hoff-Gleichung beschrieben:
ln (K2÷ K1) = (−∆H0÷ R) × ( 1/T2 - 1/T1)
Wo (∆H0) ist die Enthalpieänderung der Reaktion, (R) ist die universelle Gaskonstante, (T1) und T2) sind die Anfangs- und Endtemperatur und (K1) und (K2) sind die Anfangs- und Endwerte der Konstanten.
