Gasreaktionen

Gasreaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Reaktanten und Produkte überwiegend gasförmig vorliegen. Sie können homogen sein, wenn alle Spezies gasförmig sind, oder heterogen, wenn Gas mit Feststoffen oder Flüssigkeiten reagiert. In der Gasphase spielen Druck, Temperatur und Volumen besondere Rollen, weil Reaktionsgeschwindigkeiten und Gleichgewichte stark von Partialdrücken abhängen.

Die Reaktionskinetik in Gasreaktionen orientiert sich am Kollisionsprinzip und der Aktivierungsenergie; oft folgt sie dem Arrhenius-Gesetz. Die Raten lassen sich aus Partialdrücken ableiten, etwa r = k p_A^a p_B^b für einfache Reaktionen, bei komplexeren Mechanismen mit mehreren Zwischenstufen. Temperaturanstieg erhöht typischerweise die Reaktionsrate; Druckänderungen beeinflussen die Raten besonders bei Reaktionen mit Änderung der Gasmenge (Δn_g ≠ 0). Gleichgewichte werden durch Kp beschrieben; das Prinzip von Le Chatelier erklärt, wie Druckerhöhung oder Temperaturänderung das Gleichgewicht verschiebt.

Häufige Beispiele sind die Verbrennung von Methan: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O; die Haber-Bosch-Synthese von Ammoniak: N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3; der Kontaktprozess zur Herstellung von Schwefeltrioxid: 2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3. In der Umwelt spielen Gasreaktionen eine Rolle bei der Bildung von Stickoxid-NOx in Motoren und deren Auswirkungen auf Smog und Luftqualität. Anwendungen finden sich in der Industrie (Düngemittel, Kraftstoffe, Petrochemie), in der Umweltchemie (Abgasreinigung, Treibhausgas- und Schadstoffumsätze) sowie in der Grundlagenforschung zur Kinetik und Reaktionsmechanismen.

Sicherheit und Messung sind wichtige Aspekte, da Gasgemische brennbar, toxisch oder reizend sein können. Typische Messmethoden umfassen Gaschromatographie, Spektroskopie und Massenspektrometrie.