Massenwirkungsgesetz

MWG

mass action law

Das Massenwirkungsgesetz besagt, dass eine chemische Reaktion in einem geschlossenen System bei konstanter Temperatur einen dynamischen Gleichgewichtszustand annimmt, in dem der Quotient aus dem Produkt der Konzentrationen der Reaktionsprodukte und dem Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe einem charakteristischen Zahlenwert, der Gleichgewichtskonstanten, entspricht.

In seiner allgemeinen Form für eine chemische Reaktion der Art

lautet das Massenwirkungsgesetz

d. h. ein mit mehreren Molekülen an der Umsetzung teilnehmender Reaktionspartner geht mit der zur Potenz erhobenen Molzahl in die Gleichung ein.

Für die Umsetzung

lautet das MWG dann

Welche Einzelwerte die Konzentrationen c_A, c_B, c_C und c_D im Gleichgewichtszustand annehmen, ist gleichgültig, sofern o. g. Gleichung erfüllt ist. Ist der Quotient der Konzentrationsprodukte kleiner oder größer als K_c, so verläuft die Reaktion so lange von links nach rechts (Hinreaktion) bzw. rechts nach links (Rückreaktion), bis durch die Konzentrationsänderung der Reaktionsteilnehmer K_c erreicht und damit das Massenwirkungsgesetz erfüllt ist.

Das chemische Gleichgewicht ist auch nach Erreichen des Gleichgewichtzustandes nicht statisch. Vielmehr findet permanent eine Hin- und Rückreaktion statt; nur hebt sich der gegenseitige Umsatz gerade auf, d. h. die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion sind gleich (v_→ = v_←). Die Konzentrationen der Reaktionspartner bleiben konstant. Es liegt ein dynamisches Gleichgewicht vor.

Aus dem Massenwirkungsgesetz leitet sich ab, dass durch Erhöhung der Konzentration eines Ausgangsstoffes oder Entfernung eines Reaktionsproduktes das Gleichgewicht in Richtung Hinreaktion, d. h. verstärkte Umsetzung der Ausgangsstoffe zu Reaktionsprodukten, verschoben werden kann (und zwar solange bis die Gleichgewichtskonstante K_c im System wieder erreicht ist). Zusätzlich kann die Lage des Gleichgewichts durch Temperatur- und/oder Druckveränderungen (bei der Beteiligung von Gasen) in Richtung Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte verschoben werden. Man bezeichnet diese Zusammenhänge auch als Prinzip vom kleinsten Zwang.

Das Massenwirkungsgesetz und seine speziellen Anwendungen auf die Dissoziations-, Hydrolyse-, Löslichkeits-, Puffer-, Komplexbildungs-, Säure-Basen-Gleichgewichte, oft auch in seiner logarithmierten Form angewandt (z. B. pH- und pK-Werte) sind von universeller Bedeutung für die Chemie und damit auch für deren Teilgebiete Biochemie und Klinische Chemie. Die im klinisch-chemischen Labor angewandten Analysemethoden und -verfahren beruhen letztlich alle auf dem Massenwirkungsgesetz, auch wenn nicht immer Gleichgewichtszustände abgewartet oder eingehalten werden und stattdessen in offenen Systemen und im Ungleichgewichtszustand gearbeitet wird.