Die Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit
- Möglichkeiten:
a. Erhöhung der Konzentration der Reaktionsteilnehmer
b. Erhöhung der Reaktionstemperatur
c. Erhöhung des Zerteilungsgrads bei Reaktionen von Stoffen in verschiedenen Phasen
d. Verwendung eines Katalysators
- Erklärung:
Zu a: Höhere Konzentration bedeutet eine höhereTeilchenanzahl pro Volumeneinheit und damit auch eine höhere Wahrscheinlichkeit für einen wirksamen Zusammenstoß der Teilchen der Reaktionspartner,der zu einem Umsatz führt.
Zu b: Höhere Reaktionstemperatur bedeutet eine höhere Geschwindigkeit der Teilchen, damit stoßen sie häufiger und heftiger zusammen, somit steigt auch die Wahrscheinlichkeit für einen wirksamen Zusammenstoß.
Zu c: Bei Reaktionen von Stoffen in verschiedenen Phasen können nur die Teilchen reagieren, die an der Oberfläche der beiden Phasen miteinander zusammenstoßen. Je größer diese Grenzfläche ist, desto mehr Zusammenstöße können erfolgen. Mit der Zerteilung einer festen oder flüssigen Stoffportion wächst deren Oberfläche, daher nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Zerteilungsgrad zu.
Zu d: Katalysatoren verringern die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion und erhöhen damit die Geschwindigkeit.
Wissensteil:
Für das Eintreten einer chemischen Reaktion müssen die Teilchen der Reaktionspartner zusammenstoßen. Um einen erfolgreichen Zusammenstoß hervorzurufen, ist eine bestimmte Mindestenergie der Teilchen und die richtige räumliche Orientierung erforderlich. Dieser Mindestenergiebetrag an kinetischer Energie wird als Aktivierungsenergie einer Reaktion bezeichnet.
Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist umso größer, je mehr Zusammenstöße pro Zeiteinheit in einer bestimmten Volumeneinheit und damit auch je mehr wirksame Zusammenstöße stattfinden.
Die Erhöhung der Anzahl der Zusammenstöße kann auf zwei Wegen erfolgen:
a) Durch die Erhöhung der Teilchenanzahl der Reaktionspartner pro Volumeneinheit, d.h. durch die Erhöhung der Konzentration.
b) Durch die Erhöhung der kinetischen Energie der Teilchen, d. h. durch die Erhöhung ihrer Geschwindigkeit. Sie stoßen dadurch zum einen häufiger, zum anderen aber auch heftiger zusammen, was die Wahrscheinlichkeit eines wirksamen Zusammenstoßes zusätzlich erhöht. Mit steigender Temperatur nimmt also der Anteil der Teilchen zu, die eine für einen erfolgreichen Zusammenstoß notwendige Mindestenergie aufweisen. Aus der Erfahrung ergibt sich folgende Regel: Bei vielen Reaktionen bewirkt eine Temperaturerhöhung um 10 °C etwa eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit (RGT-Regel).
Bei Reaktionen, die zwischen Stoffen in verschiedenen Phasen ablaufen, ist die Größe der Oberfläche (der Zerteilungsgrad) von ausschlaggebender Bedeutung, da nur die Teilchen reagieren können, die an der Oberfläche miteinander zusammenstoßen. In der Praxis versucht man z.B. durch feines Pulverisieren die Oberfläche zu vergrößern. Der größtmögliche Zerteilungsgrad für einen Stoff liegt vor, wenn er z.B. in Lösung in Form seiner Moleküle oder Ionen vorliegt. Daher strebt man an, möglichst viele Reaktionen in einem geeigneten Lösungsmittel ablaufen zu lassen.
Katalysatoren erhöhen die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, indem sie ihre Aktivierungsenergie herabsetzen. Ihre Wirkung beruht meist darauf, dass der Katalysator mit einem der Edukte eine oder mehrere Zwischenverbindungen eingeht, sodass damit ein anderer Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie ermöglicht wird. Bei der Bildung des Produkts aus den Zwischenverbindungen wird der Katalysator wieder feigesetzt.
