Sind die Gleichgewichtskonstanten Kp und Kc vom Druck abhängig?
Die Lage des Gleichgewichts kann ja, nach Le Chatelier, durch Druck-,Konzentrations-und Temperaturänderung beeinflusst werden. Die Beeinflussung führen ja aber nicht zwangsläufig zu einer Änderung von Kc bzw. Kp oder? Wir haben gelernt, dass durch eine Temperaturerhöhung die endotherme Reaktion bevorzugt wird und sich somit Kc verändert, bei Temperaturänderung. Ebenfalls haben wir gelernt, dass durch Druckerhöhung die Reaktion bevorzugt wird, die unter Volumenabnahme erfolgt, nach obiger Logik, müsste sich also auch hier Kc ändern. Auf der Website http://www.chemieunterricht.de/dc2/mwg/mwg-k-p.htm steht nun, dass Kc nicht druckabhängig ist. Meine Frage jetzt, ist Kc bzw. Kp vom Druck abhängig und ist mit "Druck" der Gesamtdruck im System oder eine Änderung eines Partialdrucks gemeint? Ist die Formulierung "Lage des Gleichgewichts" mit den Werten Kc bzw. Kp gleichzusetzen? Und wie begründet man die Temperaturabhängigkeit bzw. Druck (un)abhängigkeit richtig?
4 Antworten
Generelles Prinzip in der physikalischen Chemie: Alle Konstanten sind variabel. Das gilt auch für Gleichgewichtskonstanten.
Sehen wir uns irgendein Beispiel an, z.B. eine Säure die teilweise (sagen wir, zu ≈50%, entsprechend einem pKₐ≈1.3) in Wasser dissoziiert.
HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻
Die Gleichung beschreibt nicht wirklich, was genau passiert, weil ja HA, H₃O⁺ und A⁻ hydratisiert sind, also (je nach ihrer genauen chemischen Struktur) mehr oder minder dicht mit H₂O-Molekülen umgeben sind. Daher ist es klar, daß die Reaktion eine Volumsänderung bewirkt — vermutlich (das ist aber jetzt wirklich nur geschätzt) sind die geladenen Teilchen H₃O⁺ und A⁻ effizienter hydratisiert als die ungeladene HA, die für die Hydratisierung verwendeten Moleküle H₂O sind also dichter gepackt als in gewöhnlichem Wasser, und das Volumen der Lösung nimmt ab, wenn die Reaktion abläuft.
Nach dem Prinzip von Le Chatelier bedeutet das dann, daß bei höherem Druck mehr HA dissoziiert als bei niedrigem, auch wenn Konzentration und Temperatur gleichbleiben. Daher muß sich die Gleichgewichtskonstante ändern.
Der Effekt ist aber extrem gering, und wenn man nicht zu Gigapascal-Drücken kommt völlig vernachlässigbar.
Bei Gasreaktionen ist der Einfluß des Druckes auf die Gleichgewichtslage viel größer. Allerdings braucht man dazu kein variables Kₚ, solange alle Gase als ideal gelten dürfen. Ideale Gase sind ja alle genau gleich stark komprimierbar (doppelter Druck → halbes Volumen), und alle Gasmoleküle beanspruchen bei gleichem Druck und gleicher Temperatur den gleichen Platz, daher hebt sich das raus und man kann die Druckabhängigkeit des Gleichgewichts mit einem druckunabhängigen Kₚ richtig beschreiben.
Das gilt aber nur für moderate Drücke, weil bei hohem Druck alle Gase sehr nichtideal werden, und Gase nahe den kritischen Parametern (CO₂) sind sowieso nie wirklich ideal. Wenn die Komponenten eines Gasgemischs merklich unterschiedliche Kompressibilität haben, dann braucht man auch für Gasreaktionen eine vom Druck abhängige Gleichgewichtskonstante.
heißt das, dass wegen dem molaren Volumen das kc bei Gasen gleich bleibt?
Die Konstante ist druckunabhängig!
Ein Bsp:
2NO2 (braun) -> N2O4 (farblos)
Bei Druckerhöhung verschiebt sich das GG nach links. Das Gas verfärbt sich braun.
Stellt man das MWG auf:
Kp = c (N2O4)/ c^2 (NO2)
Da das GG auf der Eduktseite liegt, ist die Eduktkonzentration höher. Da es sich um ein dynamisches GG handelt, wird auch gleichzeitig das Produkt erzeugt, aufgrund der Druckerhöhung allerdings nicht so stark. Nach dem MWG steigt das Produkt uum Quadrat an -> Edukt- und Produktkonzentration steigen im gleichen Verhältnis. Kp bleibt gleich
(Hab meine Abiprüfung zu dem Thema abgelegt, kannst mir also vertrauen)
Kp und Kc geben eine quantitave Aussage über die Lage des GG: Ist K sehr klein, findet die Rkt. kaum statt -> das GG liegt auf der Eduktseite
Das was du sagst steht dort so nicht. Lies dir mal die ersten beiden Absätze erneut durch. Da steht das, was viele verwirrt beschrieben.