Chemische Kinetik & Gleichgewicht: Grundlagen & Einflussfaktoren

Grundlagen der Chemischen Kinetik

Der Bereich der Chemie, der sich mit der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen befasst, wird als chemische Kinetik bezeichnet. Sie untersucht die Geschwindigkeit von Reaktionen, die einzelnen Reaktionsstufen oder Phasen des Reaktionsmechanismus sowie die Faktoren, die diese Geschwindigkeit beeinflussen können.

Definitionen in der Chemischen Kinetik

• Reaktionsgeschwindigkeit: Die Menge der Reagenzien, die pro Zeiteinheit in einer Reaktion verbraucht wird.
• Homogenes System: Ein System, in dem die Reaktion im gesamten Volumen der Mischung stattfindet.
• Heterogenes System: Ein System, in dem die Reaktion nur an den Grenzflächen stattfindet. Die Geschwindigkeit hängt hier von der Oberfläche ab, die für beide Phasen zur Verfügung steht.

Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen

• Konzentration der Reagenzien: Eine erhöhte Konzentration führt zu einer Zunahme der Anzahl der Kollisionen zwischen den Molekülen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit effektiver Kollisionen und somit die Reaktionsgeschwindigkeit.
• Reaktionstemperatur: Eine erhöhte Temperatur führt zu einer erhöhten kinetischen Energie der Moleküle und einem höheren Anteil aktivierter Moleküle. Dies erhöht die Anzahl der Kollisionen und somit die Reaktionsgeschwindigkeit.
• Katalysatoren: Substanzen, die die Aktivierungsenergie ändern und somit die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, ohne dabei dauerhaft verändert zu werden.
  • Positive Katalysatoren: Senken die Aktivierungsenergie. Sie erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit, indem sie einen alternativen Reaktionsmechanismus mit niedrigerer Aktivierungsenergie bereitstellen.
  • Negative Katalysatoren (Inhibitoren): Erhöhen die Aktivierungsenergie. Sie senken die Reaktionsgeschwindigkeit, indem sie den üblichen Reaktionsmechanismus behindern.
• Zerkleinerungsgrad (Oberfläche): Ein höherer Zerkleinerungsgrad der Teilchen erhöht die Kontaktfläche und somit die Wahrscheinlichkeit effektiver Kollisionen, was zu einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit führt.

Chemisches Gleichgewicht und Einflussfaktoren

Das chemische Gleichgewicht beschreibt einen Zustand, in dem die Hin- und Rückreaktionsgeschwindigkeiten gleich sind und sich die Konzentrationen der Reaktanten und Produkte nicht mehr ändern. Das Prinzip von Le Chatelier beschreibt, wie ein System auf Störungen reagiert.

Einflussfaktoren auf das Chemische Gleichgewicht

• Konzentration: Der Wert der Gleichgewichtskonstante bleibt unverändert.
  • Eine Erhöhung der Konzentration eines Stoffes verschiebt das System in die Richtung, in der diese Substanz verbraucht wird.
  • Eine Verringerung der Konzentration verschiebt das System in die Richtung, in der diese Substanz produziert wird.
• Temperatur: Ändert den Wert der Gleichgewichtskonstante.
  • Wird die Temperatur erhöht, verschiebt sich das System in die Richtung, in der Wärme verbraucht wird (endotherme Reaktion).
  • Wird die Temperatur gesenkt, verschiebt sich das System in die Richtung, in der Wärme freigesetzt wird (exotherme Reaktion).
• Druck: Der Wert der Gleichgewichtskonstante bleibt unverändert, da die Konzentrationen bei Volumenänderung variieren.
  • Eine Erhöhung des Gesamtdrucks eines Systems im Gleichgewicht verschiebt das System in die Richtung, in der weniger Gasmoleküle vorhanden sind.
  • Eine Verringerung des Drucks verschiebt das System in die Richtung, in der eine erhöhte Anzahl von Gasmolekülen vorhanden ist.