Geschwindigkeitskonstante

Die Geschwindigkeitskonstante k ist eine Kenngröße der chemischen Reaktionskinetik. Sie beschreibt die Proportionalität zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und dem Konzentrationsprodukt der Reaktanten unter festgelegten Bedingungen. k ist kein universeller Wert, sondern hängt von der Reaktionsordnung, dem System sowie äußeren Einflussgrößen wie Temperatur, Druck und Lösungsmittel ab.

Für eine Reaktion der Form aA + bB → Produkte folgt die Geschwindigkeit v gewöhnlich der Rategleichung v = k [A]^m [B]^n, wobei m und n die Reaktionsordnungen sind. Die Gesamtordnung r = m+n bestimmt die Dimension von k. Beispiele: erster Ordnung, v = k [A] (Einheit k s^-1); zweiter Ordnung, v = k [A]^2 oder v = k [A][B] (Einheit k M^-1 s^-1).

Die Temperaturabhängigkeit wird durch die Arrhenius-Beziehung beschrieben: k = A exp(-Ea/(R T)). Ea ist die Aktivierungsenergie, A der Frequenzfaktor. ln k gegen 1/T ergibt eine Gerade mit Steigung -Ea/R. Aus experimentellen Daten lassen sich Ea und A bestimmen und Reaktionsgeschwindigkeiten besser extrapolieren.

Experimentell wird k meist durch Messung der Anfangsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von [A] bzw. [B] bestimmt (Methode der Anfangsraten) oder durch Integration der passenden Grenzformeln. In komplexeren Systemen wie der Enzymkinetik gelten Modelle wie das Michaelis-Menten-Gleichung, wo kcat und Km zentrale Rollen spielen.

Weitere Einflussfaktoren sind Lösungsmittel, Druck, Katalysatoren und, bei Gasreaktionen, Kollisions- und Drittkörper-Effekte. Obwohl der Begriff Geschwindigkeitskonstante oft als konstanter Parameter verwendet wird, ist k in der Praxis temperatur- und bedingungsabhängig.