Reaktionsstufen

Reaktionsstufen bezeichnen die einzelnen elementaren Reaktionsschritte, aus denen sich der Mechanismus einer chemischen Reaktion zusammensetzt. Edukte wandeln sich schrittweise durch Zwischenprodukte in Produkte um. Jede Stufe hat eine eigene Geschwindigkeit und folgt oft einer bestimmten Reaktionsordnung, die von der Molekularität der Stufe abhängt (unimolekular, bimolekular). Zwischenprodukte treten in der Mechanismusbeschreibung auf, sind aber in der Gesamtreaktion nicht immer direkt beobachtet.

Die langsamste Stufe wird als geschwindigkeitsbestimmende Stufe bezeichnet und bestimmt die Gesamtrate der Reaktion. In vielen Mechanismen lässt sich die Ratenordnung durch Vor-Gleichgewichte oder durch die Annahme eines steady-state (konstante Konzentration der Zwischenprodukte) ableiten. Je nach Mechanismus werden Vor-Gleichgewicht- oder Steady-State-Approximation verwendet, um aus dem Mechanismus eine Ausdruck der Geschwindigkeit zu gewinnen.

Aus der Summe der Stufen ergibt sich die Gesamtreaktion. Die beobachtete Reaktionsordnung muss nicht die Ordnung einer einzelnen Stufe widerspiegeln; sie ergibt sich aus der geschwindigkeitsbestimmenden Stufe und, falls vorhanden, aus dem Zusammenhang mit Zwischenprodukten. Mechanismen liefern Erklärungen dafür, warum bestimmte Edukte die Rate stärker beeinflussen als andere.

Beispiel: Stufe 1 A + B ⇌ X (schnelles Gleichgewicht), Stufe 2 X + C → D (langsam). Gesamtreaktion: A + B + C → D. Mit dem Vor-Gleichgewicht lässt sich [X] in Abhängigkeit von [A] und [B] ausdrücken, sodass die Gesamtgeschwindigkeit r = k2 K1 [A][B][C] wird.