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Während einer chemischen Reaktion nimmt die Konzentration des Reaktanten mit der Zeit ab. Die Zeit, die benötigt wird, um sie auf die Hälfte ihrer ursprünglichen Menge zu reduzieren, wird als Halbwertszeit der Reaktion bezeichnet, abgekürzt als t1/2.
Denken Sie an das Kältemittel Trichlorfluormethan, das die Ozonschicht abbaut. Seine atmosphärische Verweildauer beträgt 45 Jahre und es ist in vielen Ländern verboten. Doch wie lange dauert es, bis die Konzentration auf 50% sinkt? Um die Konzentration eines Reaktanten nach Ablauf der Zeit abzuschätzen, kann die Halbwertszeit verwendet werden.
Die Halbwertszeit ist für jeden Reaktionstyp unterschiedlich. Abhängig von der Reaktionsordnung kann aus den integrierten Geschwindigkeitsgesetzen ein allgemeiner Halbwertszeitenausdruck abgeleitet werden.
Betrachten wir das integrierte Tarifgesetz nullter Ordnung. Bei t1/2 beträgt die Reaktantenkonzentration die Hälfte ihrer Anfangskonzentration. Bei der Substitution dieser Parameter wird ein Ausdruck für die Halbwertszeit formuliert.
Die Formel zeigt, dass die Halbwertszeit für eine Reaktion nullter Ordnung von der anfänglichen Reaktantenkonzentration abhängt und direkt proportional zu ihr ist. Wenn die Reaktantenkonzentration abnimmt, wird die Halbwertszeit immer kürzer.
Für eine Reaktion erster Ordnung wird der Ausdruck der integrierten Geschwindigkeit modifiziert, indem die Zeit als t1/2 und die Reaktantenmenge als die Hälfte der Anfangskonzentration ersetzt wird. Beim Lösen wird der Ausdruck für t1/2 als Konstante bestimmt.
Somit wird abgeleitet, dass die Halbwertszeit einer Reaktion erster Ordnung unabhängig von der anfänglichen Reaktantenkonzentration ist. Unabhängig von der Abnahme der Reaktantenkonzentration bleibt die Halbwertszeit konstant.
Für eine Reaktion zweiter Ordnung wird der integrierte Geschwindigkeitsausdruck in t1/2 umgewandelt, indem die Parameter Zeit und Reaktantenkonzentration ersetzt werden.
Die Halbwertszeiten von Reaktionen zweiter Ordnung sind umgekehrt abhängig von der anfänglichen Reaktantenkonzentration. Mit abnehmender Reaktantenkonzentration steigt der t1/2-Wert; Das bedeutet, dass die Halbwertszeit immer länger wird.
Die Halbwertszeit hilft auch, die Größe der Geschwindigkeitskonstante abzuschätzen. Es bietet einen relativen Vergleich zwischen verschiedenen Reaktionsgeschwindigkeiten; Je kürzer die Halbwertszeit, desto schneller die Reaktionsgeschwindigkeit und umgekehrt.
So weist das radioaktive Isotop Natrium-24 mit einer kurzen Halbwertszeit von 14,7 Stunden eine schnellere Zerfallsrate auf als Kobalt-60 mit einer längeren Halbwertszeit von 5,3 Jahren
Die Halbwertszeit einer Reaktion (t1/2) ist die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte einer bestimmten Menge eines Reaktanten zu verbrauchen. In jede…
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