Kinetik (Chemie)

Die Kinetik (von griech. κίνησις kínesis „Bewegung“) dient in der Chemie dazu, den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen bzw. chemisch-physikalischer Vorgänge zu untersuchen und mathematisch zu beschreiben.

Reaktionsgeschwindigkeit

Die zentrale Größe der chemischen Kinetik ist die Reaktionsgeschwindigkeit Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v} . Sie gibt an, welche Stoffmenge eines bestimmten Stoffes Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm A} pro Zeiteinheit und Volumeneinheit umgesetzt wird, d.h. wie sich die Konzentration Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle c_{\mathrm A}} eines Stoffes mit der Zeit Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle t} ändert:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{\mathrm A} = \frac{dc_{\mathrm A}}{dt}}

Angegeben wird die Reaktionsgeschwindigkeit SI-konform in Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{mol}{s \cdot m^3}} , aus praktischen Gründen häufig auch in Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \frac{mol}{s \cdot l}} .

Aufgrund der Massenerhaltung muss die Konzentration der Ausgangsstoffe in dem Maß abnehmen, in dem die Konzentration der Endprodukte zunimmt. Man betrachte dazu eine einfache Reaktion, bei der ein Stoff ohne Beteiligung weiterer Stoffe durch Strukturveränderung in einen Stoff verwandelt wird. Das geschieht beispielsweise, wenn roter Phosphor durch Erhitzen unter Luftabschluss in den leicht entzündlichen gelben Phosphor umgewandelt wird:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P_{rot} \longrightarrow P_{gelb}}

Dann gilt für die Reaktionsgeschwindigkeit Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_R} :

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_R = - \frac{dc_{\mathrm P_{rot}}}{dt} = \frac{dc_{\mathrm P_{gelb}}}{dt}}

Die Abnahme des Ausgangsstoffs Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P_{rot}} wird dabei durch das negative Vorzeichen ausgedrückt.

Für eine komplexere Reaktion sind auch noch die stöchiometrischen Koeffizienten zu berücksichtigen. So ergibt sich etwa für die Reaktion

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle a \mathrm{A} + b \mathrm{B} \longrightarrow c \mathrm{C} + d \mathrm{D} }

für die Geschwindigkeiten folgender Zusammenhang:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_R = - \frac{1}{a} \frac{dc_{\mathrm{A}}}{dt} = - \frac{1}{b} \frac{dc_{\mathrm{B}}}{dt} = \frac{1}{c} \frac{dc_{\mathrm{C}}}{dt} = \frac{1}{d} \frac{dc_{\mathrm{D}}}{dt}}

In der Praxis wird statt der Konzentration Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle c} die Aktivität Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle a = \gamma \cdot c} verwendet, da bei höherer Konzentration durch die Wechselwirkung weniger Teilchen aktiv verfügbar sind. Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \gamma} ist dabei der dimensionlose Aktivitätskoeffizient, der angibt, welcher Bruchteil der Teilchen tatsächlich verfügbar ist.

Reaktionsmechanismus

Um den Reaktionsmechanismus einer Reaktion aufzuklären, muss sie aufgrund empirischer Untersuchungen oder durch Modellannahmen über den Reaktionsverlauf in nicht weiter unterteilbare Elementarreaktionen zerlegt werden.

Man betrachte etwa die folgende fiktive Reaktion:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle 2 \mathrm A + 3 \mathrm B + \mathrm C \longrightarrow \mathrm{A_2 B_3 C}}

Damit das Endprodukt entstehen kann, müssten theoretisch insgesamt 2 + 3 + 1 = 6 Atome oder Moleküle gleichzeitig zusammentreffen. Das ist höchst unwahrscheinlich. Tatsächlich gibt die Reaktionsgleichung nur auf der linken Seite die Edukte und auf der rechten Seite die Produkte an, also nur den Anfangs- und Endpunkt der Reaktion, nicht aber die Zwischenstufen. In Wahrheit verläuft aber jede chemische Reaktion über eine ganze Reihe aufeinanderfolgender Elementarreaktionen ab. Ist an dieser nur ein Molekül beteiligt, handelt es sich um eine unimolekulare Reaktion Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \text{A} \rightarrow \dots} , bei zwei Molekülen um eine bimolekulare Reaktion Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \text{A} + \text{A} \rightarrow \dots} . Eine höhere Molekularität kommt praktisch nicht vor, da schon das gleichzeitige Zusammentreffen von drei Reaktionspartnern sehr unwahrscheinlich ist.

Für die genannte fiktive Reaktion könnte das beispielsweise so aussehen.

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (1)\ \mathrm A \longrightarrow \mathrm{A^*}} (A wird durch Energieaufnahme in einen angeregten Zustand versetzt)

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (2)\ \mathrm{A^*} + \mathrm B \longrightarrow \mathrm{AB} } (der angeregte Zustand reagiert mit B)

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (3)\ \mathrm{A^*} + \mathrm{AB} \longrightarrow \mathrm{A_2B} } (ein weiteres angeregtes Teilchen A^* reagiert mit dem zuvor gebildeten Zwischenprodukt AB)

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (4)\ \mathrm C \longrightarrow \mathrm{C^*}} (C wird in einen angeregten Zustand versetzt)

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (5)\ \mathrm{A_2B} + \mathrm{C^*} \longrightarrow \mathrm{A_2BC}} (der angeregte Zustand A^* reagiert mit dem zuvor gebildeten Zwischenprodukt A_2</subB)

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (6)\ \mathrm{A_2BC} + \mathrm B \longrightarrow \mathrm{A_2B_2C}} (der vorige Zwischenzustand reagiert mit B)

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle (7)\ \mathrm{A_2B_2C} + \mathrm B \longrightarrow \mathrm{A_2B_3C}} (nochmalige Reaktion mit B liefert das Endprodukt)

Von all diesen Reaktionen ist die langsamste Reaktion der Flaschenhals, der die Gesamtgeschwindigkeit bestimmt. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt wird zugleich jener sein, bei dem das Zwischenprodukt mit der höchsten freien Energie gebildet wird, das also den höchsten Energieberg in der „Energielandschaft“ der gesamten Reaktionsfolge darstellt und folglich am schwersten und langsamsten zu überwinden ist. Angenommen, dass dieser zu überwindende Gipfel die Anregung von C ist (4), dann hängt die Gesamtgeschwindigkeit ausschließlich von der Konzentration von C ab. Es handelt sich also um eine Reaktion erster Ordnung (siehe unten).

Reaktionsordnung

Die Reaktionsordnung gibt an ob und in welcher Form die Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration der beteiligten Stoffe abhängt. Die Gesamtordnung ergibt sich aus der Summe der Reaktionsordnungen aller Reaktanten. Die Reaktionsordnung lässt sich im Allgemeinen nicht unmittelbar aus der Reaktionsgleichung ableiten. Sie muss empirisch ermittelt werden oder ergibt sich durch theoretische Überlegungen aus dem Reaktionsmechanismus. Die Geschwindigkeitskontante Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle k} ist dabei der Proportionalitätsfaktor zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Konzentration.

Reaktion nullter Ordnung

Bei einer Reaktion nullter Ordnung ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei gleichbleibender Temperatur konstant und hängt folglich nicht von der Konzentration ab. Das ist bei photochemischen oder katalytischen Reaktionen der Fall. Es gilt daher:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{\mathrm A} = - \frac{dc_{\mathrm A}}{dt} = k}

Reaktion erster Ordnung

Bei einer Reaktion erster Ordnung ist die Reaktionsgeschwindigkeit linear abhängig von der Konzentration eines Ausgangsstoffes. Viele Zerfallsreaktionen verlaufen nach diesem Schema, beispielsweise auch der radioaktive Zerfall (dabei handelt es sich allerdings nicht um eine chemische Reaktion, sondern um einen Kernzerfall). Man betrachte die Reaktion

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm A \longrightarrow \mathrm{B + C}}

Dann folgt daraus für die Reaktionsgeschwindigkeit Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{\mathrm A}} :

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{\mathrm A} = - \frac{dc_{\mathrm A}}{dt} = k \cdot c_{\mathrm A} \Rightarrow \frac{1}{c_{\mathrm A}} \cdot dc_{\mathrm A} = - k \cdot dt}

Die Konzentration Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle c_{\mathrm A}(t)} von Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm A} zu einem bestimmten Zeitpunkt Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle t} ergibt sich daraus durch Integration. Mit der Anfangskonzentration Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle c_{\mathrm A}(0)} zum Zeitpunkt Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle t = 0} ergibt sich dann das exponentielle Zerfallsgesetz:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \int_0^t \frac{1}{c_{\mathrm A}} \cdot dc_{\mathrm A} = - \int_0^t k \cdot dt}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm ln \, c_{\mathrm A}(t) - \mathrm ln \,c_{\mathrm A}(0) = - k \cdot t}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm ln \, \frac{c_{\mathrm A}(t)}{c_{\mathrm A}(0)} = - k \cdot t}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle c_{\mathrm A}(t) = c_{\mathrm A}(0) \cdot \mathrm e^{- k \cdot t} \qqad} Zerfallsgesetz

Ein typisches Beispiel für eine Reaktion erster Ordnung ist die durch Säuren katalysierte Eliminierung von Wasser (H₂O) aus Ethanol (CH₃CH₂OH). Dabei bildet sich eine Doppelbindung aus und es entsteht Ethen (CH₂=CH₂):

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm {CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{H^+} CH_2=CH_2 + H_2O}}

Reaktion zweiter Ordnung

Bei einer Reaktion zweiter Ordnung hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration zweier Ausgangsstoffe ab. Man nehme etwa die Reaktion

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm{A + B \longrightarrow C}}

dann ergibt sich für die Reaktionsgeschwindigkeit:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v= -\frac {dc(A)}{dt}= -\frac {dc(B)}{dt}=k \cdot c(A) \cdot c(B) }

Für die Reaktion

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle 2 \mathrm A \longrightarrow \mathrm{A_2}}

folgt entsprechend:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v= - \frac {1}{2} \frac {dc(A)}{dt} = k \cdot c^2(A) }

Der Faktor ¹⁄₂ und die Hochzahl 2 ergeben sich hier unmittelbar aus dem stöchiometrischen Faktor der Reaktionsgleichung.

Ein reales Beispiel dafür ist die Vereinigung von zwei Wasserstoffatomen (H) zu molekularem Wasserstoff (H₂):

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle 2 \mathrm H \longrightarrow \mathrm{H_2}}

Für den allgemeinen Fall

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle a \mathrm A + b \mathrm B \longrightarrow C}

stellt gilt für die Reaktionsgeschwindigkeit:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v = -\frac {dc_A}{dt}= -\frac {dc_B}{dt} = k \cdot c_A^a \cdot c_B^b}

Chemisches Gleichgewicht

Liegt ein chemisches Gleichgewicht vor, so ist die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich jener der Rückreaktion, d.h. Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{hin} = v_{rueck} } . Obwohl beständig eine Reaktion stattfindet, ändert sich die Konzentration der beteiligten Stoffe nicht. Das System erscheint also nach außen statisch, obwohl es innerlich dynamisch ist. Die freie Reaktionsenthalpie ist dann null: Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Delta G = 0} .

Massenwirkungsgesetz

Für Gleichgewichtsreaktionen gilt das 1864 von den norwegischen Chemikern Cato Maximilian Guldberg und Peter Waage empirisch ermittelte Massenwirkungsgesetz, das sich auch theoretisch leicht nach den obigen Ausführungen aus der Reaktionskinetik ableiten lässt, wie folgendes Beispiel zeigt:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle a \mathrm A + b \mathrm B \rightleftharpoons c \mathrm C + d \mathrm D }

Dann gilt für die Geschwindigkeit der Hinreaktion:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{hin} = k_{hin} \cdot c_A^a \cdot c_B^b}

und für die Rückreaktion:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_{rueck} = k_{rueck} \cdot c_C^c \cdot d_D^d}

Da beide Geschwindigkeit gleich sein müssen, folgt daraus weiter:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle k_{hin} \cdot c_A^a \cdot c_B^b = k_{rueck} \cdot c_C^c \cdot d_D^d}

Durch Umformen ergibt sich daraus direkt mit der Gleichgewichtskonstante Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle K = \frac{k_{hin}}{k_{rueck}} } :

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle K = \frac{c_C^c \cdot d_D^d}{c_A^a \cdot c_B^b} }   Massenwirkungsgesetz

Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit

Damit eine Reaktion in Gang kommt, ist die Zufuhr einer entsprechenden Aktivierungsenergie Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle E_\mathrm{A}} notwendig, die üblicherweise in Joule pro mol (J·mol⁻¹) angegeben wird. So kann man etwa ein Streichholz nur entzünden, wenn man ihm durch Reibung mechanische Energie bzw. Wärmeenergie zuführt. Bei scheinbar spontan ablaufenden Reaktionen wird die nötige Energie unmittelbar der Umgebungswärme entnommen. Je höher die zugeführte Wärme bzw. je geringer die benötigte Aktivierungsenergie ist, desto schneller läuft die Reaktion ab. Nach der 1884 von dem niederländischen Chemiker Jacobus Henricus van ’t Hoff aufgestellten RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel, auch van-’t-Hoff’sche Regel) gilt, dass eine Temperaturerhöhung um 10 K die Reaktionsgeschwindigkeit ungefähr verdoppelt. Durch Beigabe kleiner Mengen eines spezifischen Katalysators, der die nötige Aktivierungsenergie verringert, kann die Reaktion gegebenenfalls wesentlich beschleunigt werden.

Die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle k} einer chemischen Reaktion kann durch die von Svante Arrhenius empirisch aufgestellte und später nach ihm benannte Arrhenius-Gleichung ermittelt werden:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle k = A \cdot \mathrm{e}^{-\frac{E_\mathrm{A}}{R \cdot T}}}   Arrhenius-Gleichung

dabei ist

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle A} ein präexponentieller Faktor, der in vielen Fällen als nicht temperaturabhängig angenommen werden kann,

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle E_\mathrm{A}} die Aktivierungsenergie in J/mol,

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R = 8{,}314 \mathrm{J/K\,mol}} die universelle Gaskonstante,

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle T} die absolute Temperatur in K.

Siehe auch

• Kinetik (Chemie) - Artikel in der deutschen Wikipedia

Literatur

• Viktor Gutmann, Edwin Hengge: Allgemeine und Anorganische Chemie, 1971; 5. Auflage, Wiley-VCH 1990, ISBN 978-3527281596
• E. E. Nikitin, L. Zülicke: Theorie chemischer Elementarprozesse. Akademie-Verlag, Berlin 1985, ISBN 978-3-528-06869-1
• Peter W. Atkins, Julio de Paula, Michael Bär (Übers.): Physikalische Chemie. 5. Auflage. Wiley-VCH, 2013, ISBN 978-3-527-33247-2.
  • englisch: Physical Chemistry. Oxford University Press, Oxford 2014, ISBN 978-0-19-968909-5