Grundlagen der Reaktionsgeschwindigkeit

Grundlagen der Reaktionsgeschwindigkeit

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein Mass dafür, wie viele Teilchen in einem gewissen Volumen pro Zeiteinheit während einer chemischen Reaktion reagieren können. Je höher die Reaktionsgeschwindigkeit ist – also je schneller eine Reaktion abläuft – desto schneller verändert sich die Konzentration der Edukte. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist von äusseren Einflüssen abhängig, kann also auch durch bspw. Temperatur, Druck, etc. und Katalysatoren beeinflusst werden. Um die Reaktionsgeschwindigkeit genauer verstehen zu können, muss man sich bewusst sein, dass jede Reaktion ihre eigene, signifikante Zeit benötigt, in der die Reaktion abläuft. Hierbei unterscheiden wir zwischen langsamen und schnellen Reaktionen. Während schnelle Reaktionen oft innerhalb von Sekundenbruchteilen ablaufen, gibt es wiederum langsame Reaktionen, welche Monate bis Jahre lang dauern. Schnelle Reaktionen sind oft exotherm, geben also Wärme ab.

- Schnelle Reaktionen: Bsp. Explosionen oder Verbrennungen.

- Langsame Reaktionen: Rosten von Metall oder das Verderben von Essen

Der Unterschied zwischen schnellen und langsamen Reaktionen liegt bei der Grösse der Atomradien der reagierenden Edukte. Je kleiner der Atomradius ist, desto näher liegen die Valenzelektronen am Kern, und werde aufgrund der kurzen Distanz stärker vom Atomrumpf angezogen. Dementsprechend ist es auch viel schwieriger die Elektronen abzutrennen, da diese stärker angezogen werden als bei Atomen mit einem grösseren Atomradius. Bei beiden Reaktionen müssen zunächst die anziehenden Kräfte überwunden werden. Dies benötigt einen gewissen Energieaufwand (Aktivierungsenergie). Erst wenn die alten Bindungen getrennt sind, können sich neue Bindungen bilden und die Reaktion kann ablaufen.

Stosstheorie

Bei chemischen Reaktionen, wie zum Beispiel das Rosten von Eisen, wird von aussen keine Energie hinzugefügt, daher muss die Aktivierungsenergie von den Edukten selbst stammen. Ein Stoff kann bei Raumtemperatur und in allen Aggregatszuständen eine kleine oder hohe kinetische Energie aufweisen, da sich die Teilchen in einem Stoff eigenständig bewegen. Die Teilchen müssen für das Funktionieren einer Reaktion miteinander kollidieren, jedoch führt nicht jede Kollision zu einer Reaktion. Nur Kollisionen, bei denen die Teilchen eine ausreichende kinetische Energie haben, um die Aktivierungsenergie der Reaktion zu überwinden, können zu einer Reaktion führen. Man muss zwischen der gesamten Anzahl und der Anzahl erfolgreicher Zusammenstösse unterscheiden, da nicht alle gleicht stark sind. Die Ausrichtung der Teilchen ist zudem auch relevant, denn je nachdem, wie die Teilchen ausgerichtet sind, werden beim Zusammenstoss vorhandene Bindungen gelockert. Bei einem ausreichend heftigen Zusammenprall werden die Bindungen schliesslich so stark geschwächt, dass sich die neuen Bindungen der Produkte bilden können. Für jede Reaktion lässt sich eine minimale kinetische Energie (erforderliche Aktivierungsenergie) definieren, damit eine Reaktion erfolgreich ablaufen kann.

Boltzmann-Verteilung

Die Boltzmann-Verteilung beschreibt, wie die Energien von Teilchen in einer Reaktion bei einer bestimmten Temperatur verteilt sind. Sie zeigt, dass Teilchen mit höherer kinetische Energie weniger häufig vorkommen als solche mit niedrigerer kinetische Energie.

Ein Beispiel für eine schnelle Reaktion wären Explosionen oder Verbrennungen. Schnelle Reaktionen sind oft exotherm, geben also Wärme ab. Ein Beispiel für eine langsamere Reaktion wäre das Rosten von Metall oder das Verderben von Essen.

Weblinks

• Reaktionsgeschwindigkeit – Video zur Reaktionsgeschwindigkeit (Simpleclub)