Reaktionsumfang

Reaktionsumfang, oft mit dem Symbol ξ bezeichnet, ist ein zentraler Begriff in der Chemie, der den Fortschritt einer chemischen Reaktion beschreibt. Er quantifiziert, wie weit eine Reaktion fortgeschritten ist, unabhängig vom Weg oder den Bedingungen, solange die stöchiometrischen Koeffizienten der Reaktion bekannt sind. Die Vorzeichen der Koeffizienten νi (negativ für Edukte, positiv für Produkte) legen fest, wie ξ die Stoffmengen beeinflusst.

In der praktischen Darstellung gilt für die Stoffmenge eines Reaktionspartners i die Beziehung: ni = ni0 + νi ξ. Der Reaktionsumfang wächst, solange Reaktanten vorhanden sind. Der maximale Reaktionsumfang ξmax wird durch das begrenzende Reagenz festgelegt: ξmax = min über alle Edukte mit νi < 0 von ni0/|νi|. Danach können keine weiteren Edukte mehr umgesetzt werden. Allgemein gilt 0 ≤ ξ ≤ ξmax.

Thermodynamisch und kinetisch liefert ξ eine praktische Größe zur Formulierung von Massenbilanzen und Gleichgewichtsbedingungen. Die Reaktions-Gibbs-Energie ΔrG = ∑ μi νi hängt direkt von ξ ab; am Gleichgewicht erfüllt ΔrG = 0. In der Kinetik beschreibt die Änderungsrate von ξ die Reaktionsgeschwindigkeit, dξ/dt = Σ νi ri, wobei ri die Reaktionsgeschwindigkeiten der einzelnen Schritte darstellen.

Beispiel: Die Reaktion A + B → C hat νA = νB = −1 und νC = +1. Ausgangsmengen nA0, nB0, nC0 führen zu nA = nA0 − ξ, nB = nB0 − ξ, nC = nC0 + ξ. ξmax ist min(nA0, nB0). Der Reaktionsumfang ermöglicht eine kompakte, zentrale Beschreibung des Fortschritts und dient als Grundlage für Stoffbilanz, Thermodynamik und Reaktionskinetik.