Massverkans lag

Massverkans lag, även kallad Guldberg-Waages lag, är en lag som för en reversibel kemisk reaktion ger ett samband mellan reaktanternas aktiviteter vid kemisk jämvikt. Uttryckt som en generell formel lyder sambandet:

$K = \prod_{i=1}^n a_i^{{\nu}_i}.$

Här är

• K = reaktionens jämviktskonstant;
• a = de olika ämnens aktivitet, lika med deras koncentration om aktivitetskoefficienten är lika med 1;
• ν = den stökiometriska koefficienten, med positiv tecken för reaktionsprodukter och negativ tecken för reagens.

Exempel: vatten

En känd jämviktsreaktion är vattnets autoprotolys: 2H₂O <-> OH^- + H₃O⁺. Då gäller i termer av koncentrationer:

$K = \frac{[{\rm OH}^-][{\rm H_3O}^+]}{[{\rm H_2O}]^2}.$

Eftersom vattenkoncentrationen är praktiskt tagen konstant, definierar man vattenkonstanten K_w = [OH^-]·[H⁺] = 10^-14 vid 25 °C. I rent vatten finns det lika många hydraterade protoner som hydroxyljoner, så att deras koncentrationer är 10^-7 och pH är 7,0. Massverkningslagen säger att koncentrationen hydroxyljoner minskar proportionellt när man tillsätter en syra; pH + pOH = 14 (vid 25 °C).

Halvledarfysik

Inom fysiken av halvledare talar man om elektroner i ledningsbandet och hål i valensbandet. Dessa kan rekombinera (annihilera varandra). Vid termodynamisk jämvikt är rekombination lika stor som termisk generation av nya elektron-hål-par. Genom dopning med små mängder störämnen kan man tillföra extra hål eller elektroner. Massverkanslag säger att produkt av hålkoncentrationen $p$ och elektronkoncentrationen $n$ inte beror på dopning och är lika med produkten av deras intrinsiska koncentrationer $p_i = n_i$ i den odopade halvledaren:

$p n = n_i^2.$

Historik

Massverkans lag formulerades av de två norska kemisterna Cato Guldberg och Peter Waage.