Reaktionsfortschritte

Reaktionsfortschritte bezeichnet in der Chemie den Fortschritt einer chemischen Reaktion, gemessen durch den Umfang ihrer Umsetzung. Häufig wird der Reaktionsfortschritt durch die Reaktionsausdehnung ξ (Extents of reaction) beschrieben, zusätzlich spricht man von einem Grad der Umsetzung oder vom Umsetzungsgrad. Der Reaktionsfortschritt dient dazu, aus Startmengen die aktuellen Mengen und Konzentrationen der Reaktanten und Produkte abzuleiten und Vergleiche zwischen verschiedenen Experimenten oder Prozessen zu ermöglichen.

Definition und mathematische Darstellung: Für eine Reaktion aA + bB → Produkte gilt dn_A = ν_A dξ, dn_B = ν_B dξ, wobei ν_i die stöchiometrischen Koeffizienten sind (ν_A = -a, ν_B = -b). Die Teilchenmengen lassen sich schreiben als n_i = n_i0 + ν_i ξ; bei konstantem Volumen entspricht auch die Konzentration [i] = [i]0 + (ν_i/V) ξ. Der vollständige Reaktionsfortschritt wird durch ξ_max erreicht, typischerweise ξ_max = min(n_A0/a, n_B0/b) bei der vollständigen Verbrauch des limitierenden Reaktanten.

Kinetische Beziehung und Messung: Die Änderungsrate des Reaktionsfortschritts ist r = dξ/dt und entspricht der Reaktionsgeschwindigkeit. Aus ξ(t) ergeben sich Konzentrationsverläufe und Ausbeuten; Diagramme von ξ gegen t oder von Umsetzungsgrad X gegen t sind gängige Darstellungen. Der Reaktionsfortschritt erlaubt es, Reaktionsverläufe unabhängig von der Maßlösung zu vergleichen.

Experimentelle Bestimmung: Fortschritt wird durch Spektroskopie, Chromatographie, Titrationen oder gravimetrische Methoden überwacht. In der Reaktortechnik dient der Reaktionsfortschritt der Auslegung von Reaktoren, der Steuerung von Prozessen und der Abschätzung von Ausbeuten.