Bestimmung der Reaktionsreihenfolge

Für eine chemische Reaktion drückt das Geschwindigkeitsgesetz das Verhältnis zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Reaktantenkonzentration aus. Die Exponenten der Reaktantenkonzentrationen beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit individuell und werden als Reaktionsordnungen bezeichnet.

Die Reaktionsreihenfolge wird experimentell bestimmt, indem die Methode der Anfangsgeschwindigkeiten angewendet wird, bei der eine chemische Reaktion mehrmals mit unterschiedlichen Reaktantenkonzentrationen wiederholt wird, um die anfänglichen Reaktionsgeschwindigkeiten zu messen.

Eine Erhöhung der Reaktantenkonzentration, die eine linear-proportionale Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit erzeugt, kennzeichnet eine Reaktion erster Ordnung. Wenn die Verdopplung der Reaktantenkonzentration die Anfangsrate vervierfacht, wird eine Reaktion zweiter Ordnung beobachtet.

Wenn jedoch die Änderung der Reaktantenkonzentrationen die anfänglichen Geschwindigkeitswerte nicht beeinflusst, wird eine Reaktion nullter Ordnung beobachtet.

Wenn die erhaltenen Daten der Anfangsgeschwindigkeiten eine nicht erkennbare Beziehung zwischen der Änderung der anfänglichen Reaktantenkonzentration und der entsprechenden Rate darstellen, wird ein Verhältnis der Geschwindigkeitsgesetze berechnet.

Hierbei werden zwei beliebige Konzentrationswerte des Reaktanten und deren entsprechende Reaktionsgeschwindigkeiten verwendet, um die Reaktionsreihenfolge zu bestimmen.

Aber was ist mit Reaktionen mit mehreren Reaktanten? Zunächst wird mit der Methode der Anfangsgeschwindigkeiten die Reaktionsreihenfolge jedes Reaktanten einzeln bestimmt.

Als nächstes werden die einzelnen Reaktionsordnungen als Exponenten zu ihren jeweiligen Reaktantenkonzentrationen ausgedrückt, um das Geschwindigkeitsgesetz zu formulieren. Schließlich bestimmt die Summe der einzelnen Exponenten aus dem Geschwindigkeitsgesetz die Gesamtreaktionsordnung.

Während die Reaktionsreihenfolge die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Reaktantenkonzentration darstellt, wird ein direktes Maß für die relative Reaktionsgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeitskonstante angezeigt.

Die Geschwindigkeitskonstante k ist der Proportionalitätskoeffizient, der die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Produkt der Reaktantenkonzentrationen in Beziehung setzt.

Die Einheit einer Geschwindigkeitskonstante hängt von der Gesamtreaktionsordnung ab und kann bestimmt werden, indem das Geschwindigkeitsgesetz neu angeordnet wird, um die Geschwindigkeitskonstante aufzulösen. Für eine Reaktion nullter Ordnung hat k die Einheitsmolarität pro Sekunde. Die Einheit für eine Reaktion erster Ordnung ist 1/s und für eine Reaktion zweiter Ordnung 1/M·s.

Eine große Geschwindigkeitskonstante deutet auf eine schnelle Reaktion hin. Umgekehrt deutet eine kleinere Geschwindigkeitskonstante auf eine langsame Reaktion hin. Ein Wert von Null bedeutet, dass keine chemische Reaktion stattgefunden hat.