KINETIK

I.  Geschwindigkeitsgesetz

II. Arrheniusgleichung

Herleitung

Weitere Information

Beispiele

Beispiele

Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion = Veränderung der Konzentration mit der Zeit.
Die mittlere Geschwindigkeit ist v = Δc / Δt.
Mathematisch wird dies (genauer) durch einen Differentialquotienten definiert:

c ist die Konzentration eines Ausgangsstoffs einer chemischen Reaktion, dann ist

(Im Verlauf der Reaktion nimmt die Konzentration eines Ausgangsstoffs ab; für eine positive Geschwindigkeit wird daher "- dc/dt" definiert.)

Meistens kann die Geschwindigkeitsgleichung in einer Form v = k cn schreiben. Bei mehreren Stoffen gilt analog v = k c1a c2b ...
Den Exponenten n oder im allgemeinen Fall die Summe der Exponenten a + b + ... nennt man die Ordnung der Reaktion.
Eine Reaktion 2. Ordnung könnte als Beispiel folgende Geschwindigkeitsgesetze haben: v = k c2; v = k c1 c2
und auch v = k c10,4 c21,6. (Die Teilordnungen müssen nicht ganzzahlig sein! Die Summe der Exponenten ist jeweils 2.)

Ein wichtiger Fall ist die Reaktion 1. Ordnung

dafür gilt:
k ist die Geschwindigkeitskonstante

Diese (Differential-)Gleichung wird aufgelöst; dabei ist c(0) die Konzentration des Ausgangsstoffs zur Zeit 0 und c(t) die Konzentration des Ausgangsstoffs zu einer späteren Zeit t; c nimmt exponential mit der Zeit ab.

 

Zusätzlich zur Geschwindigkeitskonstanten führt man noch die anschauliche Größe "Halbwertszeit" ein. Dies ist die Zeit, in der noch die Hälfte einer vorher vorhandenen Anfangskonzentration vorliegt; c(t1/2) = c(0) / 2.

Bei einer Reaktion 1. Ordnung ist dabei der Zeitanfang beliebig,
die Gleichung gilt also für jedes Zeitintervall t
1/2.

Es gilt der Zusammenhang zwischen Halbwertszeit und Geschwindigkeitskonstante:

Wenn in Rechnungen aus gegebenen Paaren c(0) und c(t) entweder k oder t zu bestimmen ist, wird die Geschwindigkeitsgleichung logarithmiert.
Nach Umformungen gilt:

Mit der logarithmierten Form ist auch eine graphische Darstellung möglich, die anstelle der Exponentialkurve eine Gerade enthält.

ln( c(t) ) = ln( c(0) ) - k t
Eine Gerade mit dem Achsenabschnitt ln( c(0) )
und der Steigung - k.

Geschwindigkeitsgleichungen für Reaktionen, die nicht 1. Ordnung sind, werden hier ("elementare Einführung für Technische Assistenten/-innen") nicht behandelt.

Bei Interesse: Herleitung der Formeln

Mit den angegebenen Gleichungen lassen sich verschiedene Aufgabentypen lösen. BEISPIELE

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