Simulator für Reaktionsgeschwindigkeit und Stoßtheorie
Gleichungen in dieser Simulation
| [A], [B] | Moleküle von A | mehr Moleküle in derselben Box heißt mehr Stöße pro Sekunde, darum steigt die Rate mit jeder Konzentration | |
|---|---|---|---|
| Rate | Reaktionen pro Sekunde | in der Box gezählt, gemittelt über die letzten Sekunden | |
| k | Geschwindigkeitskonstante | alles über einen einzelnen Stoß: wie oft sich Moleküle treffen und wie viele Stöße genug Energie haben |
Mit den aktuellen Werten:
| Ea | Aktivierungsenergie Ea (kJ/mol) | die kleinste Energie, die ein Stoß entlang der Verbindungslinie der beiden Mittelpunkte braucht, um die alten Bindungen zu brechen; echte Reaktionen haben 40 bis 200 kJ/mol, hier weniger, damit du zusehen kannst | |
|---|---|---|---|
| R | Gaskonstante | 8.314 J/(mol·K) | |
| T | Temperatur T (K) | ||
| Anteil | Anteil der Stöße mit genug Energie | die Theorie, verglichen mit dem in der Box gemessenen Anteil |
Mit den aktuellen Werten:
| A | Frequenzfaktor | wie oft Moleküle in der richtigen Ausrichtung zusammenstoßen; er ändert sich mit der Temperatur kaum | |
|---|---|---|---|
| k ÷ k(300 K) | Beschleunigung gegenüber Raumtemperatur | bei Ea = 50 kJ/mol verdoppelt eine Erwärmung um 10 °C die Rate fast |
Mit den aktuellen Werten:
| f(E) | Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Energien | das Diagramm: die Fläche rechts der roten Linie ist der Anteil der Moleküle mit mehr als Ea; sie wächst schnell, wenn die Kurve bei höherem T flacher wird |
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So benutzt du den Simulator für Reaktionsgeschwindigkeit
- In der Box fliegen rote Moleküle A und blaue Moleküle B herum und prallen voneinander ab. Trifft ein A ein B heftig genug, mit mehr Energie entlang der Verbindungslinie ihrer Mittelpunkte als die Aktivierungsenergie, reagieren sie: ein Blitz, und ein grünes Molekül C tritt an ihre Stelle.
- Erhöhe die Temperatur: die Moleküle werden schneller, und der Anteil der Stöße mit genug Energie steigt viel stärker als die Zahl der Stöße. Gib mehr A oder B dazu, und es gibt mehr Stöße pro Sekunde. Kreuze Katalysator zugeben an, um die Schwelle zu senken, und sieh die Rate bei gleicher Temperatur hochspringen.
- Vergleiche den Anteil der A-B-Stöße, die reagiert haben, in der Box gezählt, mit dem e^(−Ea/RT), das die Theorie vorhersagt. Das Diagramm zeigt die Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Energien mit der Aktivierungsenergie als rote Linie: der schraffierte Ausläufer dahinter ist das, was reagiert.
Häufige Fragen
Was ist die Stoßtheorie?
Moleküle reagieren nur, wenn sie zusammenstoßen, mit genug Energie und in der richtigen Ausrichtung. Die Rate ist die Zahl der Stöße pro Sekunde mal dem Anteil, der gelingt. Mehr Moleküle im selben Raum heißt mehr Stöße; eine höhere Temperatur heißt mehr Stöße und, viel wichtiger, einen größeren Anteil mit genug Energie.
Warum beschleunigt eine kleine Temperaturerhöhung eine Reaktion so stark?
Weil der Anteil der Stöße mit mehr als der Aktivierungsenergie e^(−Ea/RT) ist, und der wächst steil mit T. Bei einer typischen Ea von 50 kJ/mol steigt dieser Anteil von 25 °C auf 35 °C um etwa 90 %: die Faustregel, dass 10 °C eine Rate verdoppeln. Die mittlere Energie der Moleküle steigt dabei nur um 3 %.
Wie wirkt ein Katalysator?
Er bietet der Reaktion einen anderen Weg mit niedrigerer Aktivierungsenergie, zum Beispiel indem er die Moleküle in der richtigen Lage auf einer Oberfläche festhält. Dann kommen bei gleicher Temperatur viel mehr Stöße über die Schwelle. Der Katalysator wird nicht verbraucht und beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen, darum verschiebt er kein Gleichgewicht.
Warum sind die Aktivierungsenergien hier so klein?
Damit du Reaktionen geschehen siehst. Mit einer echten Aktivierungsenergie von 50 bis 100 kJ/mol gelingt bei Raumtemperatur nur einer von 10⁹ bis 10¹⁸ Stößen, und in einer Box mit 160 Molekülen würde länger nichts reagieren, als du warten würdest. Die Simulation nimmt 2 bis 25 kJ/mol; die Gleichungen sind dieselben, und das Arrhenius-Verhältnis zeigt, was eine größere Ea bewirken würde.
Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.
Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.
Wird etwas hochgeladen?
Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.