Chemische Kinetik: Reaktionsgeschwindigkeit, Katalysatoren und Gleichgewicht

Chemische Kinetik befasst sich mit der Untersuchung der Geschwindigkeit, mit der chemische Reaktionen ablaufen. Die Reaktionsgeschwindigkeit für eine homogene Reaktion zwischen reaktiven Gasen in Lösung oder zwischen Stoffen ist definiert als die durchschnittliche Geschwindigkeit, die das Verhältnis zwischen der Änderung der Konzentration, ausgedrückt in Mol/Liter, eines der Edukte oder Produkte und dem Zeitintervall ist, in dem die Änderung stattgefunden hat. Kollisionen sind notwendig, damit eine Reaktion stattfindet. Die Momentangeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die die Reaktion zu einem bestimmten Moment hat. Die Theorie der Aktivierungsenergie besagt, dass eine bestimmte Energiemenge erforderlich ist, damit ein Zusammenstoß wirksam ist und die Bindungen aufbrechen kann, die für die Reaktion notwendig sind. Die Geschwindigkeitsgleichung ist eine Gleichung, die experimentell bestimmt wird und verwendet wird, um die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von den Konzentrationen der Reaktanten vorherzusagen. Die Natur der Reaktanten beeinflusst die Geschwindigkeit: gasförmige Substanzen reagieren schneller als Substanzen in Lösung, und diese wiederum schneller als Feststoffe. Eine Erhöhung des Gesamtdrucks auf die Mischung erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit. Im Falle von festen Reaktanten steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Grad der Teilung. Reaktionstemperatur: Die Beziehung zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur wurde 1889 von Arrhenius durch den Ausdruck hergestellt, der die Geschwindigkeitskonstante mit der Temperatur in Beziehung setzt. Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Reaktion beschleunigt, ohne dabei verbraucht zu werden. Er wirkt durch die Bildung einer Zwischenverbindung oder durch Adsorption der Reaktanten.

Massenwirkungsgesetz: Es besagt, dass die Gleichgewichtskonstante das Produkt der Konzentrationen der Produkte, jeweils potenziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten, geteilt durch das Produkt der Konzentrationen der Reaktanten, jeweils potenziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten, ist. Der Wert der Gleichgewichtskonstante Kc ist spezifisch für jede chemische Reaktion, unabhängig von den ursprünglichen Konzentrationen der Edukte und Produkte, und hängt nur von der Temperatur ab. Der Dissoziationsgrad gibt den Anteil des Reagenzes an, der reagiert hat. Er ist gleich dem Verhältnis zwischen der Menge des Reagenzes, ausgedrückt in Mol, die reagiert hat, und der anfänglichen Menge des Reaktanten. Der Reaktionsquotient wird auf die gleiche Weise berechnet wie die Gleichgewichtskonstante und ist ein mathematischer Ausdruck, der die ursprünglichen Konzentrationen der Reaktanten und Produkte berücksichtigt. Das Prinzip von Le Chatelier besagt, dass, wenn ein System im Gleichgewicht eine Änderung der Konzentration der reagierenden Spezies, des Drucks oder der Temperatur erfährt, das System durch das Erreichen eines neuen Gleichgewichts reagiert, das die Wirkung der Änderung teilweise kompensiert. Dies kann durch folgende Änderungen erreicht werden: - Hinzufügen oder Entfernen einer Art in einem gasförmigen Zustand. - Hinzufügen eines Inertgases bei konstantem Volumen. - Ändern des Volumens des Systems.