Gleichgewichtskonstante

Die Gleichgewichtskonstante K beschreibt das Verhältnis der Aktivitäten der Reaktionsprodukte zu den Aktivitäten der Reaktanten, wenn ein chemisches System bei einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht steht. Für eine allgemeine Reaktion aA + bB ⇌ cC + dD gilt K = (a_C^c a_D^d)/(a_A^a a_B^b). Aktivitäten berücksichtigen Wechselwirkungen; in Lösungen wird a_i oft als γ_i [i] angenähert, wobei γ_i der Aktivitätskoeffizient ist. Unter der Annahme idealer Lösungen kann K als Kc in Terme der Konzentrationen geschrieben werden: Kc = ([C]^c [D]^d)/([A]^a [B]^b). In gasförmigen Systemen verwendet man Kp, definiert durch Kp = (P_C^c P_D^d)/(P_A^a P_B^b).

Die Temperatur beeinflusst K stark. Die Beziehung von K zur Temperatur wird durch die van't Hof-Gleichung beschrieben: d(ln K)/dT = ΔH°/(R T^2). Aus ΔG° = −RT ln K folgt, dass ein negatives Standard-Gibbs-Energie ΔG° ein großes K bedeutet, während ein positives ΔG° ein kleines K bedeutet; ΔH° bestimmt ebenfalls die Form der Temperaturabhängigkeit.

Standardzustände und reale Systeme. K bezieht sich auf standardmäßige Aktivitäten, typischerweise 1 bar oder 1 mol/L. Unter idealen Bedingungen hängt K nur von der Temperatur ab. In realen Systemen führen Aktivitätseffekte γ_i ≠ 1 zu Abweichungen, sodass K durch Aktivitäten bestimmt wird und nicht ausschließlich durch Konzentrationen oder Partialdrücke.

Beziehung zu Q und Gleichgewichtsverschiebung. Der Reaktionsquotient Q wird analog zu K aus den aktuellen Aktivitäten gebildet. Im Gleichgewicht gilt Q = K. Wird das System gestört, verschiebt sich das Gleichgewicht gemäß dem Le-Chatelier-Prinzip, bis Q wieder gleich K ist.