Elementarreaktion

Eine Elementarreaktion ist in der Chemie ein einzelner, direkter Reaktionsschritt, der durch eine Kollisions- oder Umgruppierung von Molekülen zustande kommt. Wenn ein Schritt elementar ist, spiegelt sich seine Reaktionsgeschwindigkeit unmittelbar im Geschwindigkeitsgesetz wider. Die Molekularität gibt an, wie viele Moleküle direkt beteiligt sind: unimolekular, bimolekular oder termolekular.

Das entsprechende Geschwindigkeitsgesetz lautet je nach Molekularität:

- unimolekular: rate = k[A]

- bimolekular: rate = k[A][B] (bei identischen Reaktanten gilt rate = k[A]^2)

- termolekular: rate = k[A][B][C] (oder bei identischen Teilchen rate = k[A]^3)

Elementarreaktionen bilden die Bausteine eines Reaktionsmechanismus. Die Gesamtreaktion ergibt sich oft aus mehreren aufeinanderfolgenden Schritten, und der gemessene Einfluss der Konzentrationen folgt dann nicht mehr dem Geschwindigkeitsgesetz eines einzelnen Schritts. Die Temperaturabhängigkeit wird durch den Arrhenius-Ausdruck k = A e^(-Ea/RT) beschrieben, wobei A der präexponentielle Faktor und Ea die Aktivierungsenergie ist.

In der Praxis treten echte drei-Molekül-Kollisionen (termolekulare elementare Schritte) selten als reale, unabhängige Schritte auf, insbesondere im Gasraum. In Lösungen oder Festkörpern wirken sich Wechselwirkungen stärker aus, und komplexe, mehrstufige Mechanismen dominieren oft die Reaktionskinetik.

Beispiele für elementare Schritte: A + B -> AB (bimolekular), A -> P (unimolekular), 2A -> Produkte (zwei Moleküle A kollidieren, bimolekularer Schritt). Elementarreaktionen sind zentrale Bausteine bei der Modellierung von Reaktionsmechanismen und ermöglichen es, aus experimentellen Daten Rückschlüsse auf molekulare Prozesse zu ziehen.