Lernziel
- Berechnen Sie den Reaktionsquotienten, Q, und verwenden Sie ihn, um vorherzusagen, ob eine Reaktion in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung abläuft
Schlüsselpunkte
- Gleich wie die Gleichgewichtskonstante Keq ist der Reaktionsquotient eine Funktion der Aktivitäten bzw. Konzentrationen von Reaktanten und Produkten.
- Der Reaktionsquotient kann verwendet werden, um zu bestimmen, in welche Richtung eine Reaktion abläuft. Wenn Q = Keq ist, befindet sich die Reaktion im Gleichgewicht. Wenn Q < Keq ist, wird sich die Reaktion in Richtung der Produkte bewegen, um das Gleichgewicht zu erreichen. Wenn Q > Keq ist, bewegt sich die Reaktion in Richtung der Reaktanten, um das Gleichgewicht zu erreichen.
- Mit fortschreitender Reaktion ändern sich die Konzentrationen der Spezies und damit der Reaktionsquotient. Schließlich werden die Konzentrationen konstant; an diesem Punkt ist die Reaktion im Gleichgewicht.
Begriffe
- ReaktionsquotientEin Maß für die Aktivitäten oder Konzentrationen der an einer chemischen Reaktion beteiligten Spezies zu einem bestimmten Zeitpunkt.
- GleichgewichtskonstanteEin Zahlenwert, der sich aus dem Verhältnis der Konzentrationen von Produkten und Edukten im Gleichgewicht ergibt.
- GleichgewichtDer Zustand einer Reaktion, in dem die Raten der Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen gleich sind.
Der Reaktionsquotient, Q, ist ein Maß für die relativen Mengen von Edukten und Produkten während einer chemischen Reaktion zu einem bestimmten Zeitpunkt. Indem man den Wert von Q mit der Gleichgewichtskonstante Keq für die Reaktion vergleicht, kann man bestimmen, ob die Vorwärtsreaktion oder die Rückwärtsreaktion begünstigt wird. Nehmen wir die folgende allgemeine Gleichung:
aA + bB \rightleftharpoons cC + dD
Der Reaktionsquotient, Q, hat die folgende Form:
Q = \frac{^{c}^{d}}{^{a}^{b}}
Beachten Sie, dass der Reaktionsquotient genau die gleiche Form wie die Gleichgewichtskonstante hat und eine Funktion der Konzentrationen und/oder Aktivitäten der Reaktanten und Produkte ist. Der Unterschied besteht darin, dass Q gilt, wenn die Reaktion unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen abläuft, und daher kann sein Wert variieren. Genau wie bei der Gleichgewichtskonstante kann der Reaktionsquotient eine Funktion von Aktivitäten oder Konzentrationen sein.
Mit dem Reaktionsquotienten lässt sich bestimmen, ob eine Reaktion unter bestimmten Bedingungen spontan in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung ablaufen wird. Aus dieser Definition des Reaktionsquotienten lassen sich drei Eigenschaften ableiten:
- Wenn Q = Keq ist, befindet sich die Reaktion im Gleichgewicht.
- Wenn Q < Keq ist, wird sich die Reaktion nach rechts (in Vorwärtsrichtung) bewegen, um das Gleichgewicht zu erreichen.
- Wenn Q > Keq ist, wird sich die Reaktion nach links (in umgekehrter Richtung) bewegen, um das Gleichgewicht zu erreichen.
Mit fortschreitender Reaktion, unter der Annahme, dass es keine Energiebarriere gibt, ändern sich die Konzentrationen der Spezies und damit der Reaktionsquotient. Schließlich werden die Konzentrationen konstant; an diesem Punkt befindet sich die Reaktion im Gleichgewicht. Die Gleichgewichtskonstante Keq kann wie folgt ausgedrückt werden:
{K}_{eq}=\lim_{t\to}infty}{Q(t)}
Dieser Ausdruck zeigt, dass Q schließlich gleich Keq wird, wenn man unendlich viel Zeit hat. Die meisten Reaktionen erreichen jedoch im Allgemeinen das Gleichgewicht in einer endlichen Zeitspanne.