Phasenreaktion

Eine Phasenreaktion ist eine chemische Reaktion, die an der Grenzfläche zweier inkompatibler Phasen stattfindet oder bei der Reaktanten sich in unterschiedlichen Phasen befinden. Typische Szenarien sind Gas–Flüssig-, Flüssig–Flüssig- oder Fest–Flüssigreaktionen. Phasenreaktionen treten oft in mehrphasigen Systemen auf, in denen die Reaktion durch den Austausch von Teilchen zwischen den Phasen oder durch eine Reaktion an der Grenzfläche getragen wird.

Der Reaktionsweg umfasst meist die Anlagerung und den Transport der Reaktanten zur Grenzfläche, die Adsorption an der Grenzfläche und die eigentliche chemische Umwandlung dort oder in der Nähe. Oft wird die Reaktion durch Diffusion begrenzt, sodass die Rate von der Grenzfläche, dem vorhandenen Grenzflächenbereich und den Massentransferkoeffizienten abhängt. In vielen Systemen bestimmt die Oberflächenaktivität eines Katalysators oder eines Phase-Transfer-Katalysators die Geschwindigkeit.

Die Kinetik einer Phasenreaktion wird daher durch eine Mischform aus chemischer Reaktionskinetik und Massentransport bestimmt. Parameter wie die Grenzflächenfläche, Viskosität der Phase, Temperatur und Löslichkeiten beeinflussen die Raten. Methoden zur Charakterisierung beinhalten Messungen der Grenzflächenspannung, die Untersuchung von Emulsionen oder Mikroemulsionen und kinetische Studien mit Variation der Phasenvolumina.

Beispiele nutzen Phase-Transfer-Katalyse, bei der Reaktanden in verschiedenen Phasen durch einen Transferkatalysator über die Grenzfläche gebracht werden, oder gas–flüssige Reaktionen wie die Hydrierung von Gasen in wässriger Lösung. Anwendungen finden sich in der organischen Synthese, der Umwelttechnik und der Katalyseforschung.