Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

4.3.1 Allgemeine Betrachtungen

Neben dem Stoff – und Energieumsatz ist auch die Geschwindigkeit, mit der chemi­sche Reaktionen ablaufen, von groBem praktischem Interesse. Die Frage nach der Geschwindigkeit einer Reaktion fiihrt in das Stoffgebiet der chemischen Reaktionski – netik.

Einige chemische Reaktionen laufen sehr langsam ab, oft scheinbar iiberhaupt nicht, obwohl die freie Reaktionsenthalpie negativ ist. Ein negativer AGr-W ert ist demnach zwar die thermodynamische Bedingung fur den freiwilligen Ablauf einer Reaktion, er ist aber keine Garantie dafur, dass sie auch mit einer merklichen Geschwindigkeit ablauft.

Betrachtet man beispielsweise ein Knallgasgemisch bestehend aus einem Mol H2 und einem halben Mol 02. Bei einer Temperatur von 11°C ist erst nach 1011 Jahren mit einem vollstandigen Umsatz zu H20 zu rechnen, obwohl AGr deutlich negativ ist und eine hohe Triebkraft fur die Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff gegeben ist. Beide Gase konnen also unter entsprechenden Bedingungen langere Zeit nebeneinan – der existieren, ohne dass eine Umsetzung erfolgt. Ursache fur die Reaktionshemmung ist die groBe Aktivierungsenergie dieser Umsetzung. Der stabile Endzustand des Was – sers kann erst nach Uberwinden einer hohen Energiebarriere erreicht werden (Abb. 4.4). Das Rosten des Eisens ist ein weiteres Beispiel fur eine mit einer sehr geringen Geschwindigkeit ablaufende Reaktion. Es kann Monate oder Jahre dauem, bis ein Werkstuck vollstandig durchgerostet ist. Dagegen sind Saure-Base – oder Fallungsre – aktionen Beispiele fur Umsetzungen mit einer geringen Aktivierungsenergie. Sie lau­fen mit hohen Geschwindigkeiten ab.

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein MaB fur den zeitlichen Ablauf einer chemi – schen Reaktion. Sie beschreibt die Konzentrationsanderung eines Edukts oder Pro – dukts in Abhangigkeit von der Zeit t.

Betrachten wir die Reaktion A + В C. Zur Bestimmung der Reaktionsgeschwin­digkeit kann entweder die Abnahme der Ausgangsstoffe A bzw. В oder die Zunahme des Produkts C pro Zeiteinheit herangezogen werden.

Mathematisch wird die Reaktionsgeschwindigkeit als Differentialquotient definiert. VereinbarungsgemaB erhalt der Differentialquotient, der sich auf die Konzentrations – zunahme von C bezieht, ein Pluszeichen und derjenige, der sich auf die Konzentrati – onsabnahme der Edukte A und В bezieht, ein Minuszeichen. Man kann also schrei – ben:

_ dc(A) _ dc(B) _ dc(C) dt dt dt

Als MaBeinheit der Reaktionsgeschwindigkeit ist mol/l-s oder auch mol/lmin ge – brauchlich. Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist in erster Linie von der Konzent – ration der reagierenden Edukte und der Temperate des Reaktionssystems abhangig.