Gasphasenreaktionen

Gasphasenreaktionen sind chemische Reaktionen, die im gasförmigen Zustand zwischen gasförmigen Spezies ablaufen, ohne Lösungsmittel oder Feststoffe. Sie spielen eine zentrale Rolle in Verbrennung, atmosphärischer Chemie und in Prozessen der Materialherstellung, bei denen gasförmige Vorläufer benötigt werden.

Typische Reaktionsformen sind unimolekulare Reaktionen (A -> Produkte), bimolekulare Reaktionen (A + B -> Produkte) und termolare Reaktionen (A + B + M -> Produkte + M), wobei M ein Kollisionspartner ist, der Energie absorbiert. In Gasphasen zeigen sich häufig druckabhängige Raten, besonders bei termoleren Reaktionen. Das Lindemann-Hinshelwood-Modell beschreibt eine zweistufige Mechanik: Aktivierung durch Kollisionsenergie, gefolgt von Rückführung oder Zerfall; bei niedrigen Drücken dominiert dieser Prozess, bei höheren Drücken wird die Rate durch den dritten Kollisionspartner beeinflusst.

Radikalische und photochemische Prozesse sind charakteristisch für Gasphasenreaktionen. Viele Reaktionen werden durch Photolyse gestartet oder erzeugen Radikale wie OH, O, HO2 oder NOx-Radikale, die Kettenreaktionen antreiben. In der Atmosphäre bestimmen solche Radikale die Bildung und Zersetzung von Ozon, die Zwei-Stufen-Rote-Koch-Reaktionen von NOx sowie sekundäre organische Aerosole.

Experimentell und theoretisch werden Gasphasenreaktionen mit speziellen Methoden untersucht, darunter Stoßrohr- und Flow-Reaktoren, Flash-Photolyse und Laser-Induzierte Explosions-/Spektroskopie. Theoretische Beschreibungen nutzen Übergangszustandstheorie und RRKM-Theorie, um Temperatur- und Druckabhängigkeiten zu erklären.

Bedeutung haben Gasphasenreaktionen in der Umweltchemie, der Verbrennungstechnik sowie in industriellen Prozessen wie der chemischen Gasphasenabschiedung. Ihr Verständnis ermöglicht die Vorhersage von Treibhausgasen, Luftschadstoffen und Wirkungen auf Materialien.