Wichtige Konzepte der Physikalischen Chemie

1. Chemische Affinität eines Stoffes

Die chemische Affinität eines Stoffes hängt von seiner elektronischen Konfiguration ab.

2. Chemische Reaktion Gas-Flüssigkeit

Beschreibung einer chemischen Reaktion zwischen einem reaktiven Gas und einer Flüssigkeit:

Die Reaktion läuft in einer homogenen flüssigen Phase ab. Dabei diffundiert die Gaskomponente über die Grenzfläche, löst sich anschließend in der flüssigen Phase auf und reagiert dort (Absorption).

3. Chemische Gleichung und ihre Bestandteile

Es ist der einfache Ausdruck einer Reaktion. Sie hat zwei Seiten, getrennt durch ein Gleichheitszeichen (=). Nach dem Gesetz von Lavoisier (Erhaltung der Masse) enthält die erste Seite die Moleküle oder Atome der Reaktionspartner (Edukte), die zweite Seite die aus der Reaktion entstandenen Stoffe (Produkte). Beide Seiten werden durch numerische Koeffizienten (Stöchiometriekoeffizienten) ausgeglichen.

4. Satz von Hess

Die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion ist unabhängig vom Reaktionsweg, ob sie in einem Schritt oder über mehrere Zwischenstufen verläuft.

5. Prinzip von Berthelot

Wenn eine Reaktion zwischen zwei oder mehr Stoffen möglich ist, findet unter sonst gleichen Bedingungen diejenige statt, bei der die meiste Wärme freigesetzt wird (exotherme Reaktion), es sei denn, äußere Einflüsse lenken die Reaktion in eine andere Richtung.

9. Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie

• Aktivierungsenergie: Die Energie, die benötigt wird, um eine chemische Reaktion in Gang zu setzen oder ihre Geschwindigkeit zu beeinflussen.
• Reaktionsenergie: Die Änderung der inneren Energie oder Enthalpie zwischen den Edukten und Produkten einer chemischen Reaktion.

10. Geschwindigkeitskonstante (k) und ihre Einheiten

Die Geschwindigkeitskonstante (k) ist ein Proportionalitätsfaktor in der Geschwindigkeitsgleichung einer chemischen Reaktion. Sie ist numerisch gleich der Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Konzentrationen aller Reaktionspartner eins sind. Die Einheiten von k hängen von der Reaktionsordnung ab:

• Erster Ordnung (v = k[c]): Einheiten sind s^-1.
• Zweiter Ordnung: Einheiten sind mol^-1 L s^-1.
• Reaktionsordnung n: Einheiten sind L^n-1 mol^1-n s^-1.

11. Methoden zur Analyse kinetischer Daten

Integrationsmethode: Diese Methode basiert auf der integrierten Form der Geschwindigkeitsgleichung. Man nimmt eine bestimmte Reaktionsordnung an (z. B. erster Ordnung: -dc/dt = kc, wobei c die Konzentration des Reaktanten ist). Diese Gleichung wird integriert, um c als Funktion der Zeit (t) auszudrücken. Die experimentellen Daten (Konzentration vs. Zeit) werden dann mit der integrierten Gleichung verglichen. Bei guter Übereinstimmung kann die Geschwindigkeitskonstante (k) oft grafisch bestimmt werden. Wenn keine Übereinstimmung vorliegt, muss eine andere Reaktionsordnung angenommen und der Prozess wiederholt werden.

Differentialmethode: Diese Methode verwendet die differentielle Form der Geschwindigkeitsgleichung direkt, ohne Integration. Die Reaktionsgeschwindigkeit (-dc/dt) wird aus den experimentellen Daten (Konzentration vs. Zeit) durch Bestimmung der Steigung der c-t-Kurve zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt. Diese experimentellen Geschwindigkeiten werden dann mit der angenommenen Geschwindigkeitsgleichung verglichen. Die Schwierigkeit liegt in der genauen Bestimmung der Steigungen aus den experimentellen Daten. Trotzdem gilt sie als eine zuverlässige Methode, insbesondere wenn das kinetische Verhalten nicht vollständig bekannt ist.