Kinetik: rund um die Reaktionsgeschwindigkeit

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist definitionsgemäß die Konzentrationsänderung pro Zeiteinheit des Zeitraumes, in der eine chemische Reaktion abläuft. Dabei nimmt in der Regel die Konzentration der Edukte ab, mit gleichzeitiger Zunahme der Produktkonzentration.

A + B $\rightarrow$ AB

Edukt(e) Produkt(e)

Man unterscheidet zwischen:

$v(AB) = + \dfrac{\Delta c(AB)}{\Delta t} = \dfrac{dc(AB)}{dt} = x \dfrac{mol}{L \cdot s}$

= positive produktbezogene Reaktionsgeschwindigkeit

.

$v(A/B) = - \dfrac{\Delta c(A/B)}{\Delta t} = -\dfrac{dc(A/B)}{dt} = -x \dfrac{mol}{L \cdot s}$

= negative produktbezogene Reaktionsgeschwindigkeit

Während einer chemischen Reaktion nimmt die Konzentration der Edukte stetig ab, da sie zu den Produkten reagieren, deren Konzentration dafür stetig zunimmt.

Je größer die Konzentration der Reaktionspartner, desto schneller findet eine Reaktion statt und desto größer ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Reaktionszeit ist somit umgekehrt proportional zur Ausgangskonzentration:

$t \sim \dfrac{1}{c_{Edukt}}$

Die Reaktionsgeschwindigkeit $V$ ist proportional zum Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe. Je höher die Konzentration, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Teilchen treffen und miteinander reagieren. Für jede chemische Reaktion kann eine mathematische Gleichung aufgestellt werden, welche eine Relation zwischen der Eduktkonzentration und der Reaktionsgeschwindigkeit schafft; dieses bezeichnet man als Geschwindigkeitsgesetz.

Die Reaktionsgeschwindigkeit des Eduktes verhält sich immer in einem bestimmten Verhältnis zu der Konzentration des Eduktes:

$n mol_{Edukte}$ reagieren zu $y mol_{Produkte}$

$V_{Edukt} = k \cdot c^{n_{Edukte}}$

$k = -\dfrac{\delta c}{\delta t}$

k ist eine Proportionalitätskonstante und wird auch als Geschwindigkeitskonstante bezeichnet. Art und Wert der Konstante müssen experimentell ermittelt werden. Sie ist abhängig von der herrschenden Temperatur und der Substanzkonzentration. Je mehr Edukte an der Reaktion beteiligt sind, umso mehr Moleküle wirken auf die Reaktionsgeschwindigkeit und umso schneller oder langsamer wird die Reaktion. Dies wird durch die Reaktionsordnung beschrieben.

• $V = k = nullte Ordnung$

• $V = k \cdot c_{A} = erste Ordnung$

• $V = k \cdot c_{A} \cdot c_B = zweite Ordnung$

• $V = k \cdot c_{A} \cdot c_B \cdot c_C = dritte Ordnung$

Die Reaktionsordnung ist die Summe der Exponenten der Konzentrationsparameter der beteiligten Edukte im Geschwindigkeitsgesetz. Das Geschwindigkeitsgesetz, und damit auch die Reaktionsordnung, müssen experimentell bestimmt werden, weil man diese nicht aus der Reaktionsgleichung ableiten kann. Die Reaktionsordnung kann, muss aber nicht, ganzzahlig sein und kann ebenso Null betragen.

Die wichtigsten Formeln der Reaktionskinetik: