Reaktionskinetik, Abschnitt 7

Reaktionsordnung

		Reaktionsordnung Viele einfache Versuche zeigen eindeutig, dass die Geschwindigkeit einer Reaktion von der Konzentration der Ausgangsstoffe abhängt. Bei einer Reaktion mit zwei Ausgangsstoffen A, B bleibt aber die Frage offen, ob die Reaktionsgeschwindigkeit nur von A, nur von B oder sowohl von A wie auch von B abhängt. Mit ausgeklügelten Versuchsanordnungen hat man nun herausgefunden, dass es - bezogen auf die sogenannte Reaktionsordnung - zwei Klassen von chemischen Reaktionen gibt: Reaktionen erster Ordnung und Reaktionen zweiter Ordnung.		Vorheriges Kapitel: Versuche zur Messung der Reaktionsge- schwindigkeit
Formeln		Reaktionen erster Ordnung Bei Reaktionen erster Ordnung hängt die Geschwindigkeit nur von der Konzentration eines der Ausgangsstoffe ab. Die Konzentration der anderen Ausgangsstoffe spielt keine Rolle. Seien A und B die Ausgansgstoffe, so kann man schreiben: Sowohl die zeitliche Abnahme von [A] (Konzentration von A) wie auch die zeitliche Abnahme von [B] sind proportional zu [A]. Dabei ist k eine Konstante, die von anderen Faktoren abhängt.		Für die Konzentration eines Stoffes A werden in der Literatur teils unterschiedliche Symbole verwendet. Die drei am meisten gebrauchten Schreibweisen sind: c(A) (A) [A] Auf meinen Webseiten verwende ich die erste und - bei Gleichungen - die dritte Schreibweise.
Berechnungen		Jetzt kommt wieder mein Lieblingsprogramm Apple Works ins Spiel. Aber man kann natürlich auch jede andere Tabellenkalkulation verwenden. Die beiden Abbildungen sind aus den Daten der rechtsstehenden Tabelle erstellt worden. Die obere Abbildung zeigt einmal [A] (rote Kurve) und einmal d[A] / dt (blaue Kurve). Interessant ist die untere Abbildung. Hier wurde die Reaktionsgeschwindigkeit gegen die jeweilige Konzentration von A aufgetragen. Man erkennt deutlich, dass sich eine Gerade ergibt.		Die Apple-Works-Tabelle mit der Reaktion 1. Ordnung.
Noch mehr Formeln		Reaktionen zweiter Ordnung Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration von zwei Ausgangstoffen abhängt, so spricht man von einer Reaktion zweiter Ordnung. So ganz korrekt ist diese Aussage noch nicht, eigentlich müsste es heißen: "wenn die Summe der Exponenten der Konzentrationen, von denen die Geschwindigkeit abhängt, 2 ergibt, so liegt eine Reaktion zweiter Ordnung vor". Das hört sich kompliziert an, ist aber recht einfach zu erklären:
		Auch das letzte Beispiel ist eine Reaktion zweiter Ordnung. Ich habe dieses Beispiel ausgewählt, weil man damit wieder gut eine Berechnungsreihe mit der Tabellenkalkulation durchführen kann. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt nur von einer Variable ab, nämlich [A], ist aber dennoch eine Reaktion 2. Ordnung.
Neue Berechnungen		Wenn man die Konzentration und die Reaktionsgeschwindigkeit gegen die Zeit aufträgt (obere Abbildung), so sieht man zunächst keinen Unterschied zur Reaktion erster Ordnung. Genau in der gleichen Situation befindet sich ja auch der Chemiker, der eine echte Reaktion mit Stoppuhr und Kolbenprober analysieren soll. Die untere Abbildung zeigt aber einen deutlichen Unterschied. Trägt man die Reaktionsgeschwindigkeit gegen die Konzentration auf, so verläuft der Graph nicht mehr linear, sondern in Form einer immer steiler werdenden Kurve. Da Reaktionen dritter und höherer Ordnung so gut wie nicht vorkommen (warum, das werden wir gleich sehen), ist ein solcher Reaktionsverlauf also ein sicheres Zeichen für eine Reaktion zweiter Ordnung.		Die Apple-Works-Tabelle mit der Reaktion 2. Ordnung.
		Nächstes Kapitel: Die Stoßtheorie der Reaktionsgeschwindigkeit