Gleichgewichtskonstante Kp

Was ist die Gleichgewichtskonstante Kp?

Bei Reaktionen in der Gasphase ist es oft einfacher, mit Partialdrücken zu rechnen als mit Konzentrationen. Die Gleichgewichtskonstante Kp beschreibt die Lage des Gleichgewichts über die Drücke der einzelnen Gase.

Sie wird analog zum Massenwirkungsgesetz aufgebaut: das Produkt der Partialdrücke der Produkte geteilt durch das Produkt der Partialdrücke der Edukte. Kp ist besonders nützlich für technische Prozesse wie die Ammoniaksynthese oder die Schwefelsäureherstellung.

Die Formel

Kp = (p_prod1 · p_prod2) / (p_edukt1 · p_edukt2)

Umstellungen:
    p_prod1  = Kp · p_edukt1 · p_edukt2 / p_prod2
    p_prod2  = Kp · p_edukt1 · p_edukt2 / p_prod1
    p_edukt1 = p_prod1 · p_prod2 / (Kp · p_edukt2)
    p_edukt2 = p_prod1 · p_prod2 / (Kp · p_edukt1)

Die Variablen

Minimal-Beispiel

Für die Reaktion A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g) gilt im Gleichgewicht p(A) = 50 000 Pa, p(B) = 50 000 Pa, p(C) = 100 000 Pa, p(D) = 100 000 Pa.

Kp = (p(C) · p(D)) / (p(A) · p(B))
   = (100 000 · 100 000) / (50 000 · 50 000)
   = 1,0 · 10¹⁰ / 2,5 · 10⁹
   = 4,0

Praxis-Beispiele

Beispiel 1 — Wassergas-Gleichgewicht (Gasphase)

CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) mit p(CO) = 30 000 Pa, p(H₂O) = 30 000 Pa, p(CO₂) = 60 000 Pa, p(H₂) = 60 000 Pa.

Kp = (60 000 · 60 000) / (30 000 · 30 000)
   = 3,6 · 10⁹ / 9,0 · 10⁸
   = 4,0

Beispiel 2 — Stickstoffdioxid-Distickstofftetroxid

In einer Modellreaktion 2 NO₂ ⇌ N₂O₄ liegen im Gleichgewicht p(NO₂) = 20 000 Pa und p(N₂O₄) = 80 000 Pa vor (vereinfacht als Zwei-Komponenten-Schema).

Kp = p(N₂O₄) / p(NO₂)²
   = 80 000 / (20 000)²
   = 80 000 / 4,0 · 10⁸
   = 2,0 · 10⁻⁴ Pa⁻¹

Beispiel 3 — Einheitenwahl im Labor

Werden die Partialdrücke in bar statt Pa angegeben, wird Kp entsprechend kleiner. Wichtig: alle Drücke in der gleichen Einheit verwenden, sonst stimmt das Verhältnis nicht.

1 bar = 100 000 Pa
→  konsistente Einheiten in Zähler und Nenner verwenden
→  Kp ist dimensionslos, sofern alle Drücke auf p° = 1 bar bezogen werden