Grundlagen der Chemischen Kinetik und Thermodynamik

Hess'sches Gesetz

Wenn eine Reaktion in mehreren realen oder theoretischen Stufen ablaufen kann, ist die Enthalpieänderung der Gesamtreaktion gleich der Summe der Enthalpien dieser Teilreaktionen.

Enthalpie-Diagramme und Aktivierungsenergie

Enthalpie-Diagramme stellen die Energien dar, die bei einer chemischen Reaktion gemäß der Theorie des aktivierten Komplexes im Spiel sind.

Der Aktivierte Komplex

Nach dieser Theorie entsteht, wenn sich die Reaktanden nähern, ein energiereicher Zwischenzustand von kurzer Dauer: der aktivierte Komplex. In diesen Diagrammen können wir die Aktivierungsenergie darstellen. Dies ist die Energie, die von den Molekülen der Reagenzien absorbiert werden muss, um den aktivierten Komplex zu bilden.

Eine langsame Reaktion hat eine hohe Aktivierungsenergie, während eine schnelle Reaktion eine geringe Aktivierungsenergie aufweist.

Detaillierte Theorie des Aktivierten Komplexes

Wenn sich die Moleküle der Reaktanden nähern, erfahren sie eine Verformung, die beim Zusammenstoß zu einem energiereichen Zwischenzustand von kurzer Dauer führt: dem aktivierten Komplex. Der aktivierte Komplex ist eine Kombination von Molekülen, die entweder zu Produkten führen oder zu den ursprünglichen Reaktanden zurückkehren können. Der Komplex wird nur erreicht, wenn die Moleküle der Reagenzien Energie besitzen, die mindestens der sogenannten Aktivierungsenergie entspricht (dies ist die zusätzliche Energie, die die Moleküle der Reaktionspartner absorbieren müssen, um zu kollidieren und den aktivierten Zustand zu bilden).

Entropie (S)

Die Entropie (S) ist eine Zustandsfunktion, die das Maß für die molekulare Unordnung eines Systems ist. Sie nimmt zu, wenn die Unordnung des Systems steigt, und nimmt ab, wenn die molekulare Ordnung zunimmt.

Reaktionsgeschwindigkeit

Durchschnittsgeschwindigkeit

Die durchschnittliche Reaktionsgeschwindigkeit wird über ein Zeitintervall gemessen, basierend auf der Abnahme der Konzentration eines Reaktanden oder der Zunahme der Konzentration eines Produkts pro Zeiteinheit.

Momentane Geschwindigkeit

Die momentane Geschwindigkeit wird durch die Ableitung der Konzentration eines Edukts oder Produkts nach der Zeit ausgedrückt, geteilt durch den entsprechenden stöchiometrischen Koeffizienten und in eine positive Größe umgewandelt. (Dies ist der Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt.)

Katalysatoren

Ein Katalysator ist ein Stoff, der in einer chemischen Reaktion eine Veränderung der Geschwindigkeit bewirkt, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Er ist an der Reaktion beteiligt, wird aber nicht durch sie verändert.

Es gibt:

• Positive Katalysatoren: Erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit.
• Negative Katalysatoren (Inhibitoren): Reduzieren die Reaktionsgeschwindigkeit.

Kollisionstheorie

Damit eine chemische Reaktion stattfindet, muss es zu einer Kollision der reaktiven Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen) kommen. Diese Kollision muss effektiv sein. Damit sie effektiv ist, müssen die Teilchen:

• Genügend kinetische Energie besitzen, damit die Umlagerung der Bindungen und die Bildung einer neuen Substanz erfolgen kann.
• Mit der richtigen Orientierung kollidieren.