Reaktionsquotient

Der Reaktionsquotient vergleicht Aktivitäten der Produkte und Edukte im momentanen Zustand einer Reaktion. Die Beziehung Q = Πa_i^ν_i(prod)/Πa_j^ν_j(ed) ist für Vorhersagen, ob eine Reaktionsmischung zum Gleichgewicht vorwärts oder rückwärts reagiert gedacht. Für N₂+3H₂⇌2NH₃ mit idealisierten Aktivitäten a(NH₃)=0,20, a(N₂)=0,50 und a(H₂)=0,40 gilt Q=0,20²/(0,50·0,40³)=1,25. Probe: Q ist dimensionslos. Die Probe am Ende kontrolliert eine für diese Formel relevante Bilanz, Richtung oder Größenordnung. Ordne die Größen zuerst dem konkreten Versuch zu; erst dann setzt du Werte ein. Das Ergebnis beschreibt den Modellzusammenhang, nicht automatisch jeden Mechanismus der realen Probe.

Die Symbole bedeuten: Q: momentaner Reaktionsquotient (dimensionslos); a_i: dimensionslose Aktivität der Spezies i (dimensionslos); ν_i: stöchiometrischer Koeffizient (dimensionslos). Beachte Q dimensionslos · Aktivitäten dimensionslos bezogen auf Standardzustände. Alle Konzentrationen, Aktivitäten, Volumina und Zeiten müssen kompatible Skalen verwenden. Ein Logarithmus braucht ein dimensionsloses Argument; eine Bilanz muss alle beitragenden Spezies enthalten. Notiere außerdem Temperatur und Standardzustand, sofern sie Teil der Definition sind. Eine Stoffmenge ist ohne molare Masse keine Masse; eine Aktivität ist keine unnormierte Konzentration. Schreibe dazu, ob Messwerte direkt gemessen oder aus Tabellen übernommen wurden.

Q uses activities relative to their standard states; concentrations and partial pressures are approximations for sufficiently ideal systems. Prüfe diese Annahme für die konkrete Probe, Temperatur und Phase. Bei Nichtidealität, Stofftransport oder Nebenreaktionen kann selbst eine genaue Rechnung systematisch falsch liegen. Vergleiche daher Reaktionsgleichung und verwendete Aktivitäts- oder Konzentrationsskala mit dem Modell. Dokumentiere die Annahme, die den Zahlenwert am stärksten beeinflusst. Bei Grenzfällen wie konzentrierten Lösungen prüfe zusätzlich Aktivitäten und Phasenzustand. Andere Bedingungen erfordern eine erneute Modellprüfung. Berichte auch Messunsicherheiten und verwendete Standardwerte.

Rechne das Beispiel nach: Für N₂+3H₂⇌2NH₃ mit idealisierten Aktivitäten a(NH₃)=0,20, a(N₂)=0,50 und a(H₂)=0,40 gilt Q=0,20²/(0,50·0,40³)=1,25. Probe: Q ist dimensionslos. Prüfe Q dimensionslos · Aktivitäten dimensionslos bezogen auf Standardzustände und setze den Wert in Q = Πa_i^ν_i(prod)/Πa_j^ν_j(ed) zurück. Frage zusätzlich, ob Vorzeichen, Bilanz oder Größenordnung chemisch plausibel sind. Bei einer Abweichung prüfe zuerst Einheiten, Koeffizienten und Bezugswerte; Rundung ist selten die erste Ursache. Die Rückeinsetzung kontrolliert die Algebra, der Modellvergleich die Eignung für das Experiment. Bei Q<K verläuft die Nettoreaktion in der festgelegten Richtung; bei Q>K in Gegenrichtung, bis Gleichgewicht erreicht ist.

Reaktionsquotient ist mit Massenwirkungsgesetz (Gleichgewichtskonstante), Gibbs-Energie (Freie Enthalpie), Nernst-Gleichung, Zusammenhang zwischen Kp und Kc, Chemisches Potential einer Komponente, Standard-Gibbs-Energie und Gleichgewichtskonstante, Reaktions-Gibbs-Energie und Reaktionsquotient verknüpft, beantwortet aber eine eigene Frage: Vorhersagen, ob eine Reaktionsmischung zum Gleichgewicht vorwärts oder rückwärts reagiert. Verwechsle sie nicht mit einer Formel, die eine benachbarte Größe oder einen anderen Standardzustand beschreibt. Benenne zuerst die gesuchte Größe und die Bedingungen der Probe, dann wähle die Beziehung, die diese Größe enthält. Ähnlich aussehende Gleichungen können andere stöchiometrische Bezüge oder Gültigkeitsbereiche besitzen. Die verwandten Einträge liefern gegebenenfalls Eingaben für den nächsten Schritt, ersetzen diese Abgrenzung aber nicht. So bleibt die Interpretation überprüfbar.