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Anorganische Chemie - Reaktionsrate und Reaktionsgeschwindigkeit

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Anorganische Chemie

Reaktionsrate und Reaktionsgeschwindigkeit

Reaktionsrate

Stellen wir uns nun vor, es lägen bisher nur die Edukte A und B als Gemisch vor, sobald beide miteinander reagieren beginnt die Hinreaktion. Bei dieser Reaktion sorgt ein reaktionswirksamer Stoß der Edukte für die Entstehung der Produkte (C und D). Wie viele derartiger Stöße im Zeitverlauf $\triangle t $ auftreten, richtet sich immer nach der Konzentration der Edukte. Dabei besteht dabei ein proportionaler Zusammenhang zwischen beiden. 

Bei der Hinreaktion gilt für die Reaktionsrate folgendes:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Reaktionsrate (hin): $ r_\rightarrow  = k_{\rightarrow} [A]^a [B]^b $

Die unbekannte Größe in dieser Gleichung ist $ k_{rightarrow}$. Bei dieser Größe handelt es sich um eine Konstante, die Ratenkonstante, die je nach Temperatur einen spezifischen Wert hat. Diese Werte lassen sich aus Tabellenwerken ablesen. 

Ab dem Zeitpunkt in dem sich Produkte (C und D) gebildet haben, beginnt auch schon die Rückreaktion. Die entsprechende Gleichung für die Reaktionsrate der Rückreaktion ist

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Reaktionsrate (rück): $ r_\leftarrow = k_{\leftarrow} [C]^c [D]^d $

Stellt sich nun die Frage: Wann ist welche Reaktionsrate größer?

Zu Beginn ist natürlich die Rate der Hinreaktion größer als die Rate der Rückreaktion. Im Zeitverlauf fällt jedoch auf, dass sich beide Reaktionsraten immer weiter annähern. Die nächste Abbildung soll Ihnen dies nochmals verdeutlichen:

Reaktionsrate einer Gleichgewichtsreaktion
Reaktionsrate einer Gleichgewichtsreaktion

Die gestrichelte Linie schneidet dabei den Punkt auf den beiden Geraden, ab dem ein chemischer Gleichgewichtszustand der Reaktionsraten erreicht ist.

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Chemisches Gleichgewicht (formal):  r_\rightarrow = r_\leftarrow $  

Reaktionsgeschwindigkeit

Neben der Reaktionsrate ist auch die Reaktionsgeschwindigkeit $ v_r $ eine wichtige Größe bei der Beschreibung von chemischen Reaktionen. Sie ergibt sich as der Änderung der Konzentration der Verbindungen pro Zeitintervall. Formal schreibt man daher:

Reaktionsgeschwindigkeit: $ v_r = \frac{\triangle c}{\triangle t} $ 

Ausgehend von unserer obigen Gleichung setzen wir nun alle stöchiometrischen Koeffizienten gleich 1 und da eine Gleichgewichtsreaktion vorliegt gilt für die Reaktionsgeschwindigkeit im Gleichgewicht:

Reaktionsgeschwindigkeit im Gleichgewicht: $ v_r = - k_\rightarrow [A][B] + k_\leftarrow [C][D] = 0 

Wie wir sehen ist die Reaktionsgeschwindigkeit im Gleichgewicht Null. Die nächste Abbildung stellt dies nochmals heraus:

Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Gleichgewichtsreaktion
Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Gleichgewichtsreaktion

Man sieht, dass die Reaktionsgeschwindigkeit im Zeitverlauf immer weiter abfällt, bis sie im Gleichgewichtszustand den Wert Null annimmt.