Konzentrations- und Geschwindigkeitsgesetz

Die Geschwindigkeit einer Reaktion hängt oft von den Reaktantenkonzentrationen ab. Für jede Reaktion kann die Beziehung zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und den Reaktantenkonzentrationen mathematisch mit Hilfe eines Geschwindigkeitsgesetzes oder der Geschwindigkeitsgleichung ausgedrückt werden.

In einem Geschwindigkeitsgesetz ist k die Proportionalitätskonstante oder die Geschwindigkeitskonstante, und n ist die Reaktionsordnung in Bezug auf einen einzelnen Reaktanten, dessen Wert oft eine ganze Zahl ist. In den Geschwindigkeitsgesetzen für Multireaktantenreaktionen ist die Gesamtreaktionsordnung die Summe aller Reaktantenordnungen.

Für jeden Reaktanten werden die Reaktionsgeschwindigkeit, die Geschwindigkeitskonstante, die Konzentration und die Reaktionsreihenfolge experimentell bestimmt. Das Geschwindigkeitsgesetz drückt die Beziehung zwischen all diesen Parametern aus.

Einzelne Reaktantenordnungen nehmen in der Regel die Werte 0, 1 oder 2 an, und basierend auf der Gesamtreaktionsordnung können chemische Reaktionen als Reaktionen nullr., erster oder zweiter Ordnung kategorisiert werden.

Eine chemische Reaktion mit einem einzelnen Reaktanten oder einer unimolikularen Reaktion, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit während ihrer gesamten Dauer konstant bleibt, ist eine Reaktion nullter Ordnung. Die Reaktantenordnung in einer Reaktion nullter Ordnung ist Null, und gemäß dem Geschwindigkeitsgesetz wird die Reaktantenkonzentration auf die nullte Potenz erhöht.

Da der Wert einer beliebigen Zahl, die zur nullten Potenz angehoben wird, eins ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion nullter Ordnung gleich der Geschwindigkeitskonstante und daher unabhängig von der Reaktantenkonzentration. Daher verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit in einer Reaktion nullter Ordnung auch bei abnehmender Konzentration des Reaktanten nicht.

Eine unimolekulare chemische Reaktion, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit direkt proportional zur Konzentration des Reaktanten ist, ist eine Reaktion erster Ordnung. Die Reaktantenordnung für eine Reaktion erster Ordnung ist eins, und gemäß dem Geschwindigkeitsgesetz wird die Konzentration des Reaktanten auf die erste Potenz erhöht.

Da der Wert einer beliebigen Zahl, die hoch eins wird, gleich bleibt, hängt die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion erster Ordnung direkt von der Reaktantenkonzentration ab. Mit abnehmender Reaktantenkonzentration nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit linear proportional ab.

Eine unimolekulare chemische Reaktion, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit vom Quadrat der Konzentration des Reaktanten abhängt, ist eine Reaktion zweiter Ordnung. Die Reaktantenordnung ist zwei, und die Reaktantenkonzentration wird auf die zweite Potenz erhöht.

Dementsprechend hängt die Reaktionsgeschwindigkeit in einer Reaktion zweiter Ordnung direkt vom Quadrat der Reaktantenkonzentration ab. Wenn die Reaktantenkonzentration abnimmt, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell quadratisch ab.