Reaktionstäufigkeit

Reaktionstäufigkeit, oft auch Reaktionsordnung genannt, ist ein Maß dafür, wie die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von den Konzentrationen der Reaktanten abhängt. In der allgemeinen Rateordnung wird die Geschwindigkeit v durch eine Gleichung der Form v = k [A]^m [B]^n beschrieben, wobei [A] und [B] die Konzentrationen der reagierenden Spezies sind. m und n heißen die Ordnung der Reaktion mit Respekt auf A bzw. B; die Gesamtordnung der Reaktion ist m+n. Die Reaktionsordnung ist üblicherweise eine rein experimentell bestimmte Größe und muss nicht mit den stöchiometrischen Koeffizienten der Reaktionsgleichung übereinstimmen. Bei einfachen, elementaren Reaktionen können m und n jedoch ihren Koeffizienten entsprechen.

Der Faktor k ist die Geschwindigkeitskonstante und hängt stark von der Temperatur ab (Arrhenius-Gesetz). Bei komplexen Reaktionsmechanismen ergeben sich gemittelte Ordnungen, die aus dem Mechanismus abgeleitet oder durch Experimente bestimmt werden.

Methoden zur Bestimmung der Reaktionstäufigkeit umfassen die Messung der Anfangsgeschwindigkeit bei verschiedenen Anfangskonzentrationen (Initialratenmethode) sowie die Verwendung von Überschuss eines Reaktanten, um eine scheinbare Ordnung zu erhalten (Pseudoordnung). Aus differentialen oder integrierten Lösungsformen der Rategesetze lassen sich m und n ableiten. Typische Spezialfälle sind Null-, Erste- und Zweite Ordnung bezüglich eines Reaktanten: Nullordnung führt zu einer linearen Abnahme der Konzentration über die Zeit, Erste Ordnung zeigt eine lineare Beziehung von ln([A]) versus Zeit, Zweite Ordnung eine lineare Beziehung von 1/[A] versus Zeit.

Anwendung und Bedeutung liegen in der Modellierung von Konzentrationsverläufen, der Mechanismusbestimmung sowie der Auslegung und Optimierung von Reaktoren. Einschränkungen ergeben sich aus zeitabhängigen Ordnungen, Nebenreaktionen oder katalytischen Einflüssen.