Gleichgewichtsausdruck

Der Gleichgewichtsausdruck bezeichnet in der Chemie die mathematische Darstellung des Gleichgewichtszustandes einer Reaktion gemäß dem Gesetz von der Massenerhaltung (dem Gesetz der chemischen Gleichgewichte). Er beschreibt das Verhältnis der Aktivitäten der Produkte zu den Aktivitäten der Reaktanten, jeweils potenziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten.

Für eine allgemeine Reaktion aA + bB ⇌ cC + dD lautet der Gleichgewichtsausdruck:

K = (a_C^c a_D^d) / (a_A^a a_B^b),

wobei a_i die Aktivitäten der Spezies i darstellen. Unter idealen Bedingungen wird a_i durch Konzentrationen ([i]) bzw. durch Partialdrücke (P_i) angenähert: Kc = [C]^c [D]^d / ([A]^a [B]^b) bzw. Kp = (P_C)^c (P_D)^d / ((P_A)^a (P_B)^b). Aktivitäten können auch durch Aktivitätskoeffizienten γ_i und Konzentrationen ausgedrückt werden: a_i ≈ γ_i [i].

Beispiel: N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3. Der Gleichgewichtsausdruck lautet K = (a_NH3)^2 / (a_N2 (a_H2)^3). Unter idealen Bedingungen: Kc = [NH3]^2 / ([N2][H2]^3).

Eigenschaften: Der Gleichgewichtsausdruck ist temperaturabhängig; er verändert sich mit der Temperatur (Thermodynamik und van’t Hoff-Gleichung). Der aktuelle Zustand des Systems wird durch den Reaktionsquotienten Q beschrieben, der dieselbe Form wie K hat, aber mit den aktuellen Konzentrationen bzw. Drücken. Im Gleichgewicht gilt Q = K. Falls Q < K, verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts (Bildung von Produkten); ist Q > K, verschiebt es sich nach links.

Standardzustand: Häufig wird K für den Standardzustand definiert (Aktivität 1), wodurch der Ausdruck dimensionslos wird.