Reaktionsraten messen

Reaktionsgeschwindigkeiten können untersucht werden, indem die Änderung der Konzentrationen von Reaktanten oder Produkten in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt wird.

Konzentrationsänderungen können durch experimentelle Techniken wie Polarimetrie, Spektroskopie oder Druckmessungen gemessen werden.

Die Polarimetrie verwendet planpolarisiertes Licht mit einem elektrischen Feld, das nur entlang einer Ebene ausgerichtet ist. Es misst die Fähigkeit von Verbindungen, polarisiertes Licht zu drehen, was von der molekularen Struktur der vorhandenen Verbindung abhängt.

Betrachten Sie die Hydrolyse von Saccharose, die Glukose und Fruktose liefert. Ein Polarimeter wird verwendet, um den Rotationsgrad von planpolarisiertem Licht zu messen, das durch die reagierende Saccharoselösung kommt. Saccharose bewirkt eine Drehung im Uhrzeigersinn, während Glukose und Fruktose eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn verursachen.

Durch die Messung des Rotationsgrades des Lichts in festgelegten Zeitintervallen können die relativen Konzentrationen von Saccharose, Glukose oder Fruktose berechnet und die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt werden.

Reaktionsgeschwindigkeiten können auch mit spektrophotometrischen Methoden gemessen werden, wobei die Fähigkeit von Reaktanten oder Produkten genutzt wird, Licht bestimmter Wellenlängen zu absorbieren. Je höher die Konzentration der interessierenden Substanz ist, desto intensiver ist ihre Lichtabsorption.

Zum Beispiel reagiert farbloses Wasserstoffgas mit violettem Joddampf zu farblosem Jodidwasserstoff. Joddampf absorbiert Licht im gelb-grünen Bereich und reflektiert violettes Licht.

Während der Reaktion misst ein Spektralphotometer die von der Probe absorbierte Lichtmenge und analysiert das durchgelassene Licht. So wird im Verlauf der Reaktion die Abnahme der Joddampfkonzentration durch die Verringerung der gelb-grünen Lichtabsorption beobachtet.

Mit Hilfe des Beer-Lambert-Gesetzes kann die Intensität des zu verschiedenen Zeitpunkten absorbierten Lichts berechnet und mit Konzentrationsänderungen in Beziehung gesetzt werden.

Wenn es sich bei einem der Reaktanten oder Produkte um ein Gas handelt, werden alternativ Druckmessungen verwendet, um die Reaktionsgeschwindigkeit durch Überwachung von Druckänderungen zu bestimmen.

Zum Beispiel wird bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid die Reaktionsgeschwindigkeit mit einem Manometer untersucht, um den Druck des freigesetzten Sauerstoffgases zu überwachen. Wenn die Reaktion fortschreitet und mehr Sauerstoffgas entsteht, steigt der Druck.

Mit Hilfe der idealen Gasgleichung werden Druckwerte, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgezeichnet wurden, in Konzentrationen umgerechnet. Die Konzentrationsänderung in Abhängigkeit von der Zeit wird zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit herangezogen.

Bei längeren Reaktionen können in regelmäßigen Zeitabständen Proben oder Aliquots aus dem Reaktionsgemisch entnommen werden. Die relativen Konzentrationen werden dann mit instrumentellen Techniken wie Gaschromatographie, Massenspektrometrie oder Titration gemessen, um die Reaktionsgeschwindigkeiten zu berechnen.