Grundlagen Chemischer Reaktionen: Kinetik, Stöchiometrie und pH

Chemische Transformationen und Stöchiometrie

Eine chemische Transformation ist ein Prozess, bei dem Atome neu organisiert werden und neue Stoffe entstehen. Die Art und Menge der Atome, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind, ändert sich nicht. Es findet lediglich eine Umverteilung der Atome statt, wodurch sich die chemischen Bindungen zwischen ihnen ändern.

Grundprinzipien der Chemischen Reaktion

• Gesetz der Massenerhaltung

  In einer chemischen Reaktion bleibt die Masse der Edukte und Produkte erhalten. Das heißt, die Gesamtmasse vor der Reaktion ist identisch mit der Gesamtmasse nach der Reaktion.

• Ausgleich chemischer Gleichungen

  Für eine chemische Gleichung müssen die Atome in gleicher Anzahl und Art auf der Seite der Reagenzien (Edukte) und der Produkte vorhanden sein. Nur wenn die chemische Reaktion ausgeglichen ist, können die Anzahl der Mole, Moleküle und Gramm der beteiligten Stoffe bestimmt werden.

• Reaktionen mit Gasen

  Bei chemischen Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind, stimmt das Verhältnis der stöchiometrischen Zahlen in der Gleichung mit dem volumetrischen Verhältnis überein, sofern die Gase unter den gleichen Bedingungen von Druck und Temperatur vorliegen.

• Voraussetzungen für eine Reaktion

  Die chemische Reaktion tritt ein, wenn die Moleküle der Reaktionspartner mit der korrekten Ausrichtung und genügend Energie aufeinanderprallen (Kollisionstheorie), um einige Bindungen zu brechen und andere zu bilden.

Reaktionsgeschwindigkeit und Kinetik

Geschwindigkeit der Reaktion (Kinetik)

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist eine Messgröße, die die Menge des Materials angibt, das pro Zeiteinheit umgesetzt wird. Sie erhöht sich durch eine größere Anzahl von wirksamen Teilchenkollisionen und höherer Energie.

Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen

Folgende Faktoren wirken sich auf die Geschwindigkeit einer Reaktion aus:

• Art der Reaktionspartner
• Konzentration der Reaktionspartner
• Temperatur
• Kontaktfläche der Reagenzien (bei heterogenen Reaktionen)
• Katalysatoren

Katalysatoren

Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer Reaktion verändert, ohne dabei selbst verbraucht zu werden oder seine chemische Natur dauerhaft zu verändern. Katalysatoren können Reaktionen beschleunigen oder verlangsamen (Inhibitoren).

Reaktionswärme (Enthalpie)

Die Reaktionswärme ist die Energiemenge, die während einer Reaktion abgegeben (exotherm) oder absorbiert (endotherm) wird.

Elektrolyte, Säuren und Basen (pH-Wert)

Elektrolyte

Elektrolyte sind alle Stoffe, die sich in Wasser auflösen und dabei in positive Ionen (Kationen) und negative Ionen (Anionen) dissoziieren.

Arrhenius-Theorie

Nach der Arrhenius-Theorie werden Säuren und Basen wie folgt definiert:

• Ein Elektrolyt, der in Wasser gelöst H⁺-Ionen (Wasserstoffionen) erzeugt, wird als Säure bezeichnet.
• Ein Elektrolyt, der in Wasser gelöst OH⁻-Ionen (Hydroxidionen) produziert, wird als Base bezeichnet.

Der pH-Wert

Der pH-Wert ist eine Messgröße, die die Konzentration der H⁺-Ionen in einer Lösung angibt.

• Eine Lösung ist sauer, wenn der pH-Wert kleiner als 7 ist (< 7).
• Eine Lösung ist neutral, wenn der pH-Wert gleich 7 ist (= 7).
• Eine Lösung ist basisch (alkalisch), wenn der pH-Wert größer als 7 ist (> 7).