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Kinetik chemischer Reaktionen: Energieprofil, Katalyse, Gleichgewicht

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 12 min
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Steckbrief

Die Reaktionskinetik beschäftigt sich mit den zeitlichen Abläufen chemischer Reaktionen. Eine wichtige Größe dabei ist die Reaktionsgeschwindigkeit.

Die Geschwindigkeit, mit der eine Reaktion abläuft, ist direkt von den Konzentrationen der beteiligten Reaktanden abhängig. Je höher die Konzentration, desto öfter treffen die Reaktanden aufeinander und die jeweilige Reaktion findet statt. Je nach Reaktionsordnung hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von einem oder mehreren Reaktanden ab.

Treffen Reaktanden aufeinander, reagieren sie nur dann, wenn sie eine bestimmte Mindestenergie besitzen. Die notwendige Mindestenergie, die den Reaktanden zugeführt werden muss, um den energiereichen Übergangszustand zu erreichen, ist die Aktivierungsenergie der Reaktion.

Die Aktivierungsenergie kann durch Katalysatoren herabgesetzt werden. Dadurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht bzw. eine Reaktion überhaupt ermöglicht. In biologischen Systemen wirken oft Enzyme als Katalysatoren der Reaktionen.

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Energieprofil einer exergonen Reaktion

Ein Katalysator beschleunigt den Ablauf einer Reaktion, indem er die Aktivierungsenergie Ea herabsetzt. Reaktanden, die in einer enzymkatalysierten Reaktion umgesetzt werden, werden als Substrate bezeichnet. Bei der Umsetzung vom Substrat zum Produkt wird freie Enthalpie (Equation) frei, die Änderung der freien Standardenthalpie der Reaktion Equation ist negativ. (ÜZ = Übergangszustand

(Quelle: Endspurt Chemie, Thieme, 2020)
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    Reaktionsgeschwindigkeit

    Reaktionen finden immer dann statt, wenn Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen) miteinander kollidieren. Dies ist umso wahrscheinlicher, je höher die Konzentration der Teilchen ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt demnach mit der Konzentration der Reaktanden.

    In der Reaktion A → B wird A verbraucht, die Konzentration von A nimmt also ab. Es entsteht B, dessen Konzentration stetig zunimmt. Ein Maß für die Konzentrationsänderungen während einer Reaktion ist die Reaktionsgeschwindigkeit Equation. Je weiter die Reaktion fortgeschritten ist, umso langsamer ändern sich die Konzentrationen, d.h., die Reaktionsgeschwindigkeit wird geringer und die Geschwindigkeit der Produktbildung nimmt ab (Ausnahmen sind Reaktionen nullter Ordnung).

    Reaktionsgeschwindigkeit

    Anhand der Konzentrations-Zeit-Kurven der Reaktion A → B ist zu erkennen, dass die Konzentration des Reaktanden A abnimmt, während die Konzentration des Produkts B zunimmt. Je weiter die Reaktion fortgeschritten ist, umso langsamer ändern sich die Konzentrationen, die Reaktionsgeschwindigkeit wird geringer und die Geschwindigkeit der Produktbildung nimmt ab, bis sich die Reaktion im Gleichgewicht befindet.

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      zuletzt bearbeitet: 06.12.2022
      Fachlicher Beirat: Dr. rer. nat. Gisela Boeck, 13.07.2022
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