Jedes bewegte Teilchen mit einer Masse m und der Geschwindigkiet v besitzt eine kinetische Energie E_kin

E_kin = 1/2 * m * v²

Die Summe der kinetischen Energie aller Teilchen wird als Wärmeenergie bezeichnet. Die Wärmeenergie ist ein wesentlicher Teil der "Inneren Energie" eines Stoffes. Zwangsläufig kommt es bei der Bewegung der vielen Teilchen zu Zusammenstößen. Da sich dabei die Temperatur nicht ändert, muss die innere Energie beim Zusammenstoß gleich bleiben. 

Bei einem Zusammenstoß können sich auch neue Stoffe bilden.  Wenn bei Bindungsenergie frei wird, erhöht sich die Wärmeenergie, man nennt das dann einen exothermen Prozess. Wenn dabei Wärmeenergie in chemische Energie umgewandelt wird, kühlt sich der Stoff ab. Es handelt sich dann um eine endotherme Reaktion.

Durch einfache Simulationsversuche ("Würfeln" oder "Kugeln-Ziehen") kann man feststellen, dass sich die Anzahl der umgewandelten Teilchen proportional zu der Anzahl der beteiligten Teilchen verhält.

Die  Stoffe A und B reagieren miteinander zu den Stoffen C und D. Der Vorgang ist reversibel. Von der Wärmebilanz soll dabei abgesehen werden. Der Einfachheit halber sollen alle vier Stoffe sich in gelöstem Zustand befinden (homogenes System und konstantes Volumen).

A + B C+ D

Durch die Reaktionsgeschwindigkeit v₁, mit der sich die Umwandlung von links nach rechts vollzieht, wird durch die Anzahl der Zusammenstöße zwischen den Teilchen A und B bedingt. Diese ist aber dem Produkt der Konzentration von A und B der beiden Stoffe proportional.

Anmerkung: Wie zur Vereinfachung des Schreibens vielfach üblich, wird die Konzentration eines Stoffes in mathematischen Formeln gern in eckigen Klammern geschrieben. 

Anmerkung zur Schreibweise in der Literatur:
Die Stoffmengenkonzentration eine Stoffes A wird in der chemischen Literatur auf drei Arten geschrieben: c_A oder auch c(A) oder mit [A] 

Rechenübung zur abgeleiteten Größe Stoffmengenkonzentration (.docund .pdf)

Es gilt: 

v₁ = k₁*  [A] *[B]

In gleicher Weise gilt auch für die Rückreaktion einer reversiblen Umsetzung.

v₂ = k₂* [C] *[D]

Dabei sind k₁ und k₂Konstanten, die für jede chemische Umsetzung und Reaktionsbedingung unterschiedlich sind.

In einem homogenen System wird irgendwann der Zustand erreicht, in dem in jedem Moment ebenso viele Teilchen von A und B verschwinden wie zurückgebildet werden. Diesen Zustand nennt man ein chemisches Gleichgewicht.

Für ihn gilt: v₁ = v₂, also 

k₁*  [A] *[B] = k₂* [C] *[D]

Durch Umformung erhält man:

K = k₁ / k₂ und 

K =  [C] *[D] / [A] *[B]

Die Konstante K wird Gleichgewichtskonstante genannt. 

Man nennt es das Massenwirkungsgesetz (MWG):

Bei jedem im Gleichgewicht umkehrbaren chemischen Vorgang bleibt der Quotient aus dem Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe (Edukte) und dem Produkt der Konzentrationen der entstehenden Stoffe (Produkte) bei gleicher Temperatur und gleichem Druck konstant.

Es wurde von Cato Guldberg, Prof. für angewandte Mathematik,(1836-1902) und Peter Waage, Prof. für Chemie, (1833-1900) im Jahre 1867 aufgestellt.

Man beachte: Die Ausgangsstoffe stehen immer im Nenner und die unterschiedliche Bedeutung des Wortes Produkt!

Für den allgemeinen Fall einer reversible Umsetzung bei konstantem Volumen von

a A + b B c C + d D

lautet das MWG: 

mit der Stoffsorte A und der Stoffmenge a [mol]. Die Stoffmengen der anderen Komponenten sind in gleiche Weise dargestellt.

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