Wer kann mir das Massenwirkungsgesetz einfach und gut erklären?
Wer kann mir das Massenwirkungsgesetz
einfach und gut erklären?
Schau mal unter http://www.stud.uni-wuppertal.de/~ga0005/chemie/mwg…
Gruss
Bernhard
Wer kann mir das Massenwirkungsgesetz
einfach und gut erklären?
Der Römpp gibt folgendes zum Besten
Gandalf
Massenwirkungsgesetz
(Abk.: MWG). Gesetz, das die Bedingungen für die Einstellung von chemischen Gleichgewichten erfaßt. Dieses 1867 von Guldberg u. Waage erstmals formulierte Gesetz (Guldberg-Waage-Gesetz) lautet: Bei einem chem. Gleichgew.-Zustand in homogenen, d. h. einphasigen Syst., ist der Quotient aus dem Produkt der Konz. der Reaktionsprodukte u. dem Produkt der Konz. der Ausgangsstoffe (Reaktanden, Edukte) bei einer bestimmten Temp. konstant. Anders ausgedrückt: Eine umkehrbare chem. Reaktion kommt bei einer estimmten Temp. dann (äußerlich) zum Stillstand (stationärer Zustand, Gleichgew.-Zustand, dynam. Gleichgew.), wenn der Quotient aus dem Produkt der Konz. der Reaktionsprodukte u. dem Produkt der Konz. der Ausgangsstoffe einen bestimmten, für die Reaktion charakterist. Zahlenwert K (als Gleichgewichtskonstante, seltener als Massenwirkungskonstante bezeichnet) erreicht hat. Im Gleichgew.-Zustand sind die Geschw. von Bildung u. Zerfall des Produkts (d. h. der Hin- u. Rückreaktion) gleich. Dieser Zustand ist unabhängig von den eingesetzten Stoffmengen; er wird nur durch Druck u. Temp. (d. h. von den Außenbedingungen) beeinflußt. Im Bereich der Anorgan. Chemie ist die Anwendbarkeit des M. in der Praxis v. a. auf verd. Zustände der reagierenden Bestandteile beschränkt, nämlich auf Gasgemische od. gelöste Stoffe, deren Gesamtdruck é 1 bar u. deren Konz. (genauer: Aktivität) é0,1 mol/L ist.
Im Folgenden soll das MWG – unter teilw. Beibehaltung der älteren Bez. – an einem Beisp. aus der Organ. Chemie näher erläutert werden. Gleichgültig, ob man bei gewöhnlicher Temp. 1 Mol (60 g) Essigsäure mit 1 Mol (46 g) Ethanol vermischt od. 1 Mol (88 g) Ethylacetat mit 1 Mol (18 g) Wasser, stets entsteht durch chem. Reaktion allmählich ein Gemenge der ungefähren Zusammensetzung: 20 g Essigsäure, 15 g Ethanol, 59 g Ethylacetat u. 12 g Wasser. Das bedeutet, daß hier stets nur etwa 2/3 der eingesetzten Säure mit 2/3 des eingesetzten Alkohols verestert bzw. 1/3 des eingesetzten Esters verseift werden. Die beiden Reaktionen verlaufen also unvollständig u. umkehrbar, d. h. unter Einstellung eines chem. Gleichgew. (über die Schreibweise solcher Gleichgewichtsreaktionen s. chemische Zeichensprache): H3C–COOH + C2H5OH ô H3C–COOC2H5 + H2O. Bezeichnet man mit S die Essigsäure, mit A den Ethylalkohol, mit E den Essigsäureethylester, mit W das Wasser, mit [ ] die Konz. der entsprechenden Substanz, mit v die Geschw. der Ester-Bildung (aus Alkohol u. Essigsäure), mit v’ die Geschw. der Ester-Verseifung zu Alkohol u. Essigsäure u. mit k bzw. k’ die Geschw.-Konstanten der Hin- bzw. Rückreaktion, so ist v = [S] · [A] · k u. v’ = [E] · [W] · k’. Im Gleichgew.-Zustand ist v = v’ u. daher [S] · [A] · k = [E] · [W] · k’ od.
In anschaulicher Weise läßt sich die Gültigkeit des MWG auch anhand der Mutarotation von Glucose demonstrieren .
K erreicht bei den verschiedenen Gleichgew.-Reaktionen sehr unterschiedliche Werte u. ist außerdem von Druck u. Temp. abhängig. Läßt man bei gleichbleibender Temp. unter Normaldruck den Essigsäure-Anteil (60 g) unverändert u. erhöht den Anteil des Alkohols, so wird der Nenner des obigen Bruches vergrößert. Da nun aber der Gesamtwert des Bruches unter den gegebenen Bedingungen gleich bleiben muß, so muß sich auch der Zähler des Bruches so weit vergrößern, daß wieder der gleiche K-Wert entsteht. Dies geschieht einfach dadurch, daß sich gerade so viel Essigsäure- u. Alkohol-Mol. zu Essigsäureethylester u. Wasser umwandeln, bis der alte K-Wert wieder erreicht ist. Entsprechendes ist natürlich auch bei einer Erhöhung der Essigsäure-Konz. der Fall. Verdoppelt man z. B. den Anteil des Alkohols (od. der Essigsäure), so steigt die Ester-Bildung von 66% auf 85%. Man kann die Ester-Bildung aber auch erhöhen, wenn der Zähler verkleinert wird; dies geschieht z. B. durch Bindung des Wassers mit Hilfe von Schwefelsäure. Bei allen heterogenen Reaktionen, die unter Bildung von Niederschlägen od. unter Gasentwicklung vonstatten gehen, wird der Zähler der Gleichung sozusagen fortgesetzt verkleinert (infolge Ausscheidung eines Reaktionsprodukts), weshalb diese Reaktionen in einer Richtung (scheinbar) vollständig verlaufen. In abgewandelter Form läßt sich das MWG jedoch auch auf solche Reaktionen anwenden.
Allg. kann man nach dem MWG chem. Reaktionen entweder durch Konz.-Steigerung der miteinander reagierenden Stoffe od. durch Konz.-Verminderung der Reaktionsprodukte in Richtung der Reaktionsprodukte lenken. Ähnliche Gesetzmäßigkeiten wie im oben ausgeführten Beisp. der Ester-Bildung finden sich in der Anorgan. u. Organ. Chemie in großer Zahl; man kann sie folgendermaßen allg. formulieren: Verläuft eine Reaktion nach dem folgenden Schema (bei konstanter Temp. u. konstantem Druck): aA + bB + … ô mM + nN…, so nimmt das MWG die allg. Form an:
Hierin bedeuten die Exponenten a, b, …, m, n, … die stöchiometr. Faktoren (Molzahlen) der Reaktionsgleichung. Wenn es bei einer Gleichgew.-Reaktion auch gleichgültig ist, welche Reaktionspartner rechts od. links in der Reaktionsgleichung stehen, so schreibt man doch heute üblicherweise die rechts stehenden Reaktionspartner in den Zähler des MWG, die links stehenden in den Nenner. Der Betrag von K bezieht sich somit nur auf die angegebene Reaktionsgleichung. An Stelle der Stoffmengenkonz. können auch andere Konz.-Maße wie z. B. die Partialdrücke od. die Molenbrüche – bei nichtidealem Verhalten der Partner auch die Aktivitäten – in das MWG eingeführt werden, wobei sich natürlich der Betrag von K ändert. Die Druck- u. Temp.-Abhängigkeit der Gleichgew.-Konstanten wird qual. durch das Le Châtelier-Braunsche Prinzip des kleinsten Zwanges beschrieben. Das MWG erklärt u. a. die Wirkungsweise von Pufferlsg. (s. Puffer), die Vorgänge beim Ausfällen sowie beim Auswaschen od. Auflösen von Niederschlägen (s. Löslichkeitsprodukt), die Löslichkeitsbeeinflussung von Salzen durch zugesetzte Elektrolyte, die Beinflussung der Ausbeute, den pH-Wert, Verteilungs- u. Absorptionsphänomene, die Endprodukt- u. die kompetitive Hemmung bei enzymat. Reaktionen. Für die industrielle Technik hat das MWG deshalb bes. Bedeutung, weil es die Bedingungen eingrenzt, unter denen bei einer chem. Reaktion max. Ausbeuten erzielt werden können. Es sagt allerdings nichts aus über die Kinetik einer Reaktion u. damit über die Reaktionsgeschwindigkeit.
Geschichte: Der Grundgedanke des MWG wurde bereits von Berthollet 1799 richtig aufgefaßt u. 1803 in dem Buch „Essay de statique chimique“ veröffentlicht. Er vermutete z. B., die natürliche Soda Ägyptens könnte aus wenig Kochsalz u. viel Kalk entsprechend der Gleichung CaCO3 + 2 NaCl ® Na2CO3 + CaCl2 entstanden sein, während bei gewöhnlichen Konz.-Verhältnissen die Reaktion bekanntlich umgekehrt verläuft. Bei Untersuchungen der Saccharose-Inversion kam Wilhelmy um 1850 in Berührung mit dem MWG, ohne dieses formulieren zu können. Guldberg u. Waage studierten bes. die Reaktion BaSO4 + K2CO3 ô BaCO3 + K2SO4 bei höherer Temp. in Platin-Gefäßen. Das von ihnen formulierte Gesetz blieb zunächst unbekannt u. wurde später unabhängig von verschiedenen Seiten (Jellet 1873, van’t Hoff 1877) von neuem entdeckt; vgl. a. chemische Gleichgewichte.
Lit.: 1 Chem. Unserer Zeit 8, 121 (1974).
allg.: Barrow, Physikalische Chemie, Braunschweig: Vieweg 1984 ï Laidler, Kinetics (Chemistry), in Encyclopedia of Physical Science and Technology, Vol. 8, S. 379–402, New York: Academic Press 1992.
E mass action law
F loi d’action de masses
I legge dell’azione di massa
S ley de acción de masas
Quelle: Römpp Lexikon Chemie – Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999