Massenwirkungsgesetz

Das Massenwirkungsgesetz (Abkürzung „MWG“) definiert das chemische Gleichgewicht für chemische Reaktionen. Dem Massenwirkungsgesetz zufolge ist im chemischen Gleichgewicht das Produkt aus den Aktivitäten ${\displaystyle a_{i}}$ der beteiligten Stoffe ${\textstyle i}$ potenziert mit den jeweiligen stöchiometrischen Zahlen ${\displaystyle \nu _{i}}$ gleich einer Konstante, die als Gleichgewichts- oder Massenwirkungskonstante ${\displaystyle K}$ bezeichnet wird. Diese ist nicht mit der Geschwindigkeitskonstante ${\displaystyle k}$ zu verwechseln. Sind an einer Reaktion ${\displaystyle z}$ Stoffe beteiligt, erhält man:

${\displaystyle K=\prod _{i=1}^{z}a_{i}^{{\nu }_{i}}}$

Hierbei ist ${\textstyle \prod }$ das Produktzeichen. Da die stöchiometrischen Zahlen der Ausgangsstoffe negativ sind, werden Massenwirkungsgesetze als Brüche formuliert, wobei die Produktterme den Zähler und die Eduktterme den Nenner bilden. Für eine Reaktion mit der unter Verwendung des Gleichgewichtspfeils formulierten stöchiometrischen Reaktionsgleichung

${\displaystyle |\nu _{\mathrm {A} }|\,\mathrm {A} +|\nu _{\mathrm {B} }|\,\mathrm {B} +\dotsb +|\nu _{\mathrm {M} }|\,\mathrm {M} \rightleftharpoons \nu _{\mathrm {N} }\,\mathrm {N} +\nu _{\mathrm {O} }\,\mathrm {O} +\dotsb +\nu _{\mathrm {Z} }\,\mathrm {Z} }$,

an der die Ausgangsstoffe ${\displaystyle {\ce {A}}}$, ${\displaystyle {\ce {B}}}$, …, ${\displaystyle {\ce {M}}}$ und die Produkte ${\displaystyle {\ce {N}}}$, ${\displaystyle {\ce {O}}}$, …, ${\displaystyle {\ce {Z}}}$ beteiligt sind, nimmt das Massenwirkungsgesetz daher folgende Form an:

${\displaystyle K={\frac {a_{\text{N}}^{\nu _{\text{N}}}\cdot a_{\text{O}}^{\nu _{\text{O}}}\dotsm a_{\text{Z}}^{\nu _{\mathrm {Z} }}}{a_{\text{A}}^{|\nu _{\text{A}}|}\cdot a_{\text{B}}^{|\nu _{\text{B}}|}\dotsm a_{\text{M}}^{|\nu _{\mathrm {M} }|}}}}$

Die Gleichgewichtskonstante ist eine intensive dimensionslose thermodynamische Zustandsgröße und definiert diejenige stoffliche Zusammensetzung, für die das unter den jeweiligen Reaktionsbedingungen relevante thermodynamische Potential des reagierenden Systems ein Minimum aufweist. Stellt sich der durch das Massenwirkungsgesetz definierte Gleichgewichtszustand ein, wird die maximale Zunahme der Entropie, die durch Zustandsänderungen im Reaktionsgemisch realisierbar ist, erreicht. Hierbei wird nicht nur die Entropieänderung im Reaktionsgemisch, sondern auch die durch die betrachtete Reaktion hervorgerufene Entropieänderung in dessen Umgebung berücksichtigt; im Reaktionsgemisch kann die Entropie sogar abnehmen, wenn die Entropie in der Umgebung umso stärker zunimmt.

1. ↑ Karl-Heinz Lautenschläger, Werner Schröter, Joachim Teschner, Hildegard Bibrack, Taschenbuch der Chemie, 18. Auflage, Harri Deutsch, Frankfurt (Main), 2001, S. 257.
2. ↑ Eintrag zu equilibrium constant. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.E02177 – Version: 5.0.0.