Geschwindigkeitsgesetz und Reaktionsordnung

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.

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 die Reaktantenkonzentration wird 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.

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. Wenn die Reaktantenkonzentration abnimmt, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell quadratisch ab.