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Reaktionsgeschwindigkeit
Chemie · Klasse 10–12 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Q4.1 Energetische und kinetische AspekteHessen: Q3.5 Geschwindigkeit chemischer Reaktionen (fakultativ)
Wie schnell eine Reaktion abläuft, misst man an der Konzentrationsänderung pro Zeit. Welche Faktoren sie verändern, erklärt das Stoßmodell.
Worum es geht
Die Reaktionsgeschwindigkeit v gibt an, wie stark sich die Konzentration eines Stoffes pro Zeit ändert. Nach dem Stoßmodell reagieren Teilchen nur, wenn sie zusammenstoßen und dabei mindestens die Aktivierungsenergie aufbringen. Höhere Konzentration und größere Oberfläche bringen mehr Stöße pro Zeit, höhere Temperatur einen größeren Anteil wirksamer Stöße, ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie. Weil die Edukte verbraucht werden, nimmt v im Verlauf der Reaktion meist ab.
Die Formeln
| Größe | Formel | Hinweis |
|---|---|---|
| mittlere Geschwindigkeit | v = −Δc(Edukt) / Δt = Δc(Produkt) / Δt | Einheit mol/(L·s); v ist immer positiv |
| verschiedene Stoffe | v(B) = v(A) · Koeff.(B) / Koeff.(A) | 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂: O₂ halb so schnell |
| RGT-Regel | pro 10 K etwa Faktor 2 bis 3 | +30 K bei Faktor 2: 2³ = 8 |
| Geschwindigkeitsgesetz | v = k · c(A)m · c(B)n | Ordnungen m, n aus Messungen, nicht aus der Gleichung |
| Halbwertszeit, 1. Ordnung | t½ = ln 2 / k | unabhängig von der Anfangskonzentration |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Die Konzentration von HCl sinkt in 50 s von 1,20 auf 0,80 mol/L. Mittlere Geschwindigkeit? Und um welchen Faktor wird die Reaktion schneller, wenn man sie von 20 °C auf 50 °C erwärmt (Verdopplung pro 10 K)?
| Schritt | Rechnung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Änderung | Δc = 0,80 − 1,20 = −0,40 mol/L | Endwert minus Anfangswert; beim Edukt negativ |
| 2 · Geschwindigkeit | v = −(−0,40) / 50 s = 0,0080 mol/(L·s) | das Minuszeichen macht v positiv |
| 3 · Temperaturschritte | 50 − 20 = 30 K = 3 Schritte à 10 K | die RGT-Regel gilt pro 10 K |
| 4 · Faktor | 2 · 2 · 2 = 2³ = 8 | jeder Schritt verdoppelt das, was schon da ist |
Der typische Fehler
Die RGT-Faktoren addieren statt multiplizieren. Drei Temperaturschritte mit Verdopplung ergeben nicht 3 · 2 = 6, sondern 2³ = 8. Nach dem ersten Schritt ist die Reaktion doppelt so schnell, der zweite Schritt verdoppelt diese neue Geschwindigkeit, und so weiter. Bei Faktor 3 und 20 K sind es 3² = 9, nicht 6.
So prüfst du dein Ergebnis
Einheit und Vorzeichen. v muss positiv sein und die Einheit Konzentration pro Zeit haben. Beim Vergleich zweier Stoffe gilt: Wer in der Gleichung den größeren Koeffizienten hat, ändert seine Konzentration schneller. Nach einer Halbwertszeit ist die Hälfte übrig, nach zwei ein Viertel.