Reaktionsräume

Reaktionsräume bezeichnet in der Chemie und verwandten Bereichen die räumlich abgegrenzten Umgebungen, in denen chemische Reaktionen stattfinden. Sie reichen von Laborgefäßen wie Flaschen und Reagenzgläsern bis zu industriellen Reaktoren und mikrofluidischen Kanälen. Der Begriff umfasst sowohl homogene Reaktionsräume, in denen alle Reaktanten im selben Phasenzustand vorliegen, als auch heterogene Räume mit mehreren Phasen.

In der Biologie können Reaktionsräume zelluläre Compartments oder mikroumgebungen sein, in denen Enzymreaktionen stattfinden, z.B. Cytosol, Mitochondrien, Lysosome; die räumliche Trennung beeinflusst Reaktionsgeschwindigkeit, Spezifität und Regulation.

Wichtige Einflussgrößen sind Temperatur, Druck, pH, Konzentrationen, Misch- und Diffusionsprozesse sowie der Kontakt zu Katalysatoren oder Oberflächen. Die Geometrie des Raums, das Mischverhalten, das Wärmetransportvermögen und die Reaktionsordnung bestimmen die Reaktionskinetik und das Produktverhältnis.

In der Praxis dient die Gestaltung von Reaktionsräumen der Kontrolle von Reaktionsrate, Ausbeute, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Designfragen umfassen Materialverträglichkeit, Hitzeaustausch, Rezyklierbarkeit, Skalierung von der Versuchs- zur Produktionsgröße und das Verhalten von Reaktionsräumen in Mehrphasen-Systemen.

Theoretisch lassen sich Reaktionsräume als Teil der Reaktionsingenieurswissenschaften modellieren, etwa durch Reaktionskinetik, Reaktionsnetzwerke und Residenzzeitverteilungen in kontinuierlichen Systemen.