Reaktionskinetik: Lernleitfaden

Kernideen

Die Kinetik behandelt, wie schnell Reaktionen ablaufen. Das Geschwindigkeitsgesetz verknüpft die Geschwindigkeit über eine Geschwindigkeitskonstante k mit den Konzentrationen, und die Reaktionsordnung bestimmt, wie sich die Konzentration mit der Zeit ändert.

• Das Geschwindigkeitsgesetz lautet v = k[A]ⁿ, wobei die Ordnung n experimentell bestimmt werden muss und nicht aus den Koeffizienten folgt.
• Bei einer Reaktion erster Ordnung fällt ln[A] linear mit der Zeit, und die Halbwertszeit t½ = 0,693 ÷ k hängt nicht von der Anfangskonzentration ab.
• Nullte Ordnung fällt linear in [A], zweite Ordnung ist linear in 1 ÷ [A]; ihre Halbwertszeiten hängen von der Anfangskonzentration ab.
• Die Arrhenius-Gleichung k = A·e^(−Eₐ ÷ RT) besagt, dass höhere Temperatur oder niedrigere Aktivierungsenergie eine schnellere Reaktion ergibt.

Wichtige Gleichungen

• rate = k[A]ⁿ
• ln[A] = ln[A]₀ − kt (first order)
• t½ = ln 2 ÷ k = 0.693 ÷ k
• 1 ÷ [A] = 1 ÷ [A]₀ + kt (second order)
• k = A·e^(−Eₐ ÷ RT)

Durchgerechnetes Beispiel

Eine Reaktion erster Ordnung hat k = 0,0231 min⁻¹. Die Halbwertszeit ist 0,693 ÷ 0,0231 = 30 min. Nach 90 min, drei Halbwertszeiten, sind noch (½)³ = 12,5 % übrig. Kontrolle: e^(−0,0231 × 90) = e^(−2,08) = 0,125.

Häufige Fehler

• Die Reaktionsordnung aus den Koeffizienten der ausgeglichenen Gleichung ablesen.
• Die Halbwertszeitformel erster Ordnung für eine Reaktion verwenden, die nicht erster Ordnung ist.
• In der Arrhenius-Gleichung Kelvin nicht verwenden und die Einheiten von R und Eₐ nicht aufeinander abstimmen.

Üben

Teste dich mit Übungsfragen zu diesem Thema: Reaktionskinetik