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Reaktionsgeschwindigkeit

In der Chemie kommt dem zeitlichen Ablauf von Reaktionen große Bedeutung zu. Wenn chemische Verbindungen umgewandelt werden, geschieht dies auf atomarer Ebene. Dabei wird von „Reaktanten oder Edukten“ gesprochen, die in „Produkte“ verwandelt werden. Die Atome der Reaktanten gehen andere Verbindungen ein. Dabei wird aber auch Energie umgewandelt. Es kommt entweder zu einer endothermen Reaktion (Wärme wird aufgenommen) oder einer exothermen Reaktion (Wärme wird abgegeben). Dieser Vorgang dauert so lange an, bis entweder ein chemisches Gleichgewicht erreicht oder der Reaktant vollständig in ein Produkt verwandelt wurde.

Die Reaktionsgeschwindigkeit, auch Kinetik oder Reaktionskinetik genannt, in der die Umwandlung von Reaktanten zu Produkten erfolgt, ist deshalb wichtig, weil beispielsweise die oben erwähnte Wärme den Umwandlungsprozess beeinflusst. Genauso ist die Menge oder die Konzentration ein Faktor, und zwar sowohl auf Seiten des Reaktanten als auch auf Seiten des Produkts. Der zeitliche Ablauf, die Reaktionsgeschwindigkeit, kann sich mit Abnahme der Menge an Reaktanten genauso verändern, wie bei ständiger Zunahme an Produkten.

Mikrokinetik oder Makrokinetik?

In der Chemie wird die Kinetik oder Reaktionsgeschwindigkeit in zwei Teilbereiche aufgeteilt. In der Mikrokinetik geht es nur um die Geschwindigkeit, in der eine Reaktion vollzogen wird. In der Makrokinetik wird zudem beobachtet, welchen Einfluss der Wärme- und Stofftransport auf die Reaktion hat.

Warum ist die Erfassung und Beobachtung der Reaktionsgeschwindigkeit wichtig?

Bei der Vielzahl chemischer Verbindungen, die es gibt und die es in Zukunft noch geben wird, stellt die Reaktionsgeschwindigkeit eine Messgröße dar, die hilft, die Verbindungen ein und zuzuordnen. Zudem erlauben bekannte Reaktionsgeschwindigkeiten die Zusammenstellung von Prozessen weiterer, noch unbekannter Verbindungen, ohne dafür erst die Reaktionsgeschwindigkeit jedes daran beteiligten Reaktanten zu testen. Letztlich beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit das Produkt und ein nicht zu unterschätzender Faktor ist die Beeinflussung der thermischen Reaktion über die Reaktionsgeschwindigkeit.

Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit

Jede Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von der Temperatur, ob nun die Temperatur der Reaktanten oder der Umgebung beziehungsweise beide zusammen. Dabei gilt: je höher die Temperatur, desto schneller die Reaktionsgeschwindigkeit. Ein beeindruckendes Beispiel hierfür sind Sprengstoffe, die mit einem Zünder zur Explosion gebracht werden. Der Zünder besitzt hierbei die Funktion, den Sprengstoff bezüglich Temperatur über den kritischen Punkt zu bringen, damit eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Das kann ein elektrischer Funke sein oder eine kleinere, stärker reaktionsfähige Menge Sprengstoff im Zünder. Mithilfe der Reaktionsgeschwindigkeit wurden Sprengstoffe entwickelt, die erst dann explodieren, wenn an oder in ihnen eine sehr hohe Temperatur auftritt, die in einer normalen Umgebung nicht vorkommt.

Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit

Neben der Temperatur ist die Konzentration der Reaktanten ausschlaggebend für die Reaktionsgeschwindigkeit. Mit zunehmender Konzentration erhöht sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. An chemischen Reaktionen sind immer Teilchen beteiligt. Meist die Elektronen aus der Atomhülle. Je nach deren Reaktionsfähigkeit wechseln diese zu einer anderen Atomhülle und lassen so aus den beteiligten Reaktanten Produkte entstehen. Je mehr Teilchen in einem bestimmten Volumen vorhanden sind, desto mehr können wechseln oder auch kollidieren, womit sich die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht.

Weitere beeinflussende Faktoren für die Reaktionsgeschwindigkeit sind die Oberflächenbeschaffenheit der Reaktanten sowie eventuell vorhandene Katalysatoren.

Quizfragen zum Thema Reaktionsgeschwindigkeit

  1. Die Summe partieller Reaktionen von Reaktanten ist die Gesamtreaktionsordnung. Wie wird diese aufgeteilt?

    In Reaktionen nullter, erster und zweiter Ordnung

  2. Was sind im Bereich Reaktionsgeschwindigkeit sogenannte Relaxationsverfahren?

    Relaxationsverfahren werden genutzt, um Reaktionsgemische, die sich im Gleichgewicht befinden, zu stören und die Zeit bis zum erneuten Gleichgewichtszustand zu messen.

  3. Wie wird die Einheit der Reaktionsgeschwindigkeit gemäß des internationalen Einheitensystems genannt?

    Mol pro Kubikmeter und Sekunde

  4. Welche Bedeutung besitzt die Thermodynamik in der Reaktionsgeschwindigkeit?

    Über die Thermodynamik wird die grundsätzliche Frage beantwortet, ob eine Reaktion von Reaktanten zu den erhofften oder erdachten Produkten möglich ist.

  5. Welche Befunde kann es nach Experimenten zur Reaktionsgeschwindigkeit geben? Mindestens zwei Beispiele

    Reaktionsgeschwindigkeit und Ablauffähigkeit sind nicht korreliert (ν vs. ΔG°).
    Reaktionsgeschwindigkeit ist konzentrationsabhängig (ν=f(c)).
    Reaktionsgeschwindigkeit wird vom Lösemittel beeinflusst (ν=f(Lösemittel)).
    Reaktionsgeschwindigkeit ist temperaturabhängig (ν=f(T)).
    Reaktionsgeschwindigkeit unterscheidet sich für verschiedene Reaktionstypen (ν=f(R.-Typ)).
    Reaktionsgeschwindigkeit in der Gasphase kann mit RG in Lösung etwa gleich sein (ν=f(gasf./fl.)).
    Reaktionsgeschwindigkeit kann durch Fremdstoffe erhöht werden (Katalyse).


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