Grundlagen der chemischen Reaktionskinetik

Grundlagen der Reaktionskinetik

1. Gesetz der Geschwindigkeit: Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist direkt proportional zu den Konzentrationen der Edukte, potenziert mit entsprechenden Exponenten.
2. Veränderung der Konzentration: Einfluss auf die Reaktionsrate.
3. Katalysator: Ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion verändert.
4. Aggregatzustand der Edukte: Man unterscheidet zwei Situationen:
   • a) Homogene Reaktionen: Die Reaktionspartner liegen in der gleichen Phase vor.
   • b) Heterogene Reaktionen: Die Reaktionspartner liegen in verschiedenen Phasen vor.
5. Temperatur und kinetische Energie: Einfluss auf die Teilchenbewegung.
6. Kollisionstheorie: Besagt, dass eine höhere Konzentration der Reaktionspartner zu mehr Zusammenstößen und somit zu einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit führt.
7. Katalysatorfunktion: Reduktion von NO sowie Oxidation von CO zu CO₂ und H₂O.
8. Enzymkatalyse: Erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich.

Reaktionsmechanismen und Konzepte

1. Aktivierter Komplex: Der Zustand am energetischen Maximum des Reaktionsverlaufs.
2. Enzymkatalysator: Enzyme sind spezialisierte Proteine, die chemische Reaktionen katalysieren oder regulieren.
3. Katalysator: Funktion bei der Reduktion von NO zu N₂ und O₂ sowie der Oxidation von CO und Kohlenwasserstoffen zu CO₂ und H₂O.
4. Kollisionsmodell: Erklärung der Wirkung von Temperatur und Konzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit.
5. Reaktionsprofil: Ein Diagramm, das den Fortschritt oder die Entwicklung einer chemischen Reaktion darstellt.

Faktoren der Reaktionsgeschwindigkeit

• Natur der Reaktanden
• Konzentration
• Aggregatzustand der Edukte
• Oberfläche (Abmessungen)
• Anwesenheit von Katalysatoren

Temperaturabhängigkeit

Warum laufen chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ab? Weil mehr Kollisionen auftreten, was zu einer höheren Reaktionsrate führt.

Bedeutung in der Chemie

• Rhodium: Ein Metall, das als Katalysator in einigen Platin-Legierungen verwendet wird.
• Ammoniak: Wird als Dünger verwendet, um den Stickstoffgehalt im Boden zu erhöhen.
• Haber-Bosch-Verfahren: Besteht in der direkten Reaktion von Stickstoff- und Wasserstoffgasen.

Katalyse und Aktivierung

Die Katalyse ist der Vorgang, bei dem die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch eine chemische Substanz, den sogenannten Katalysator, erhöht oder verringert wird.

Einstufung der Katalyse

• a) Enzymkatalyse
• b) Heterogene Katalyse
• c) Homogene Katalyse

Vergleich: Aktivierter Komplex und Aktivierungsenergie

• Aktivierter Komplex: In diesem Zustand besitzt die Reaktion ausreichend Energie, damit die Bindungen der Reaktionspartner aufgebrochen werden können.
• Aktivierungsenergie: Die minimale Energie, die benötigt wird, um eine chemische Reaktion zu starten.