Reaktionsvolumen

Reaktionsvolumen bezeichnet die Veränderung des Volumens eines Systems, die bei einer chemischen Reaktion unter konstantem Druck und konstanter Temperatur auftritt. Es ergibt sich aus der Differenz der Summe der Molarvolumina der Produkte und der Reaktanten entsprechend ihrer stöchiometrischen Koeffizienten: ΔV_R = Σ ν_i V_i^m(Produkte) − Σ ν_j V_j^m(Reaktanten). Gemeint ist damit der Volumenwechsel des Systems während der Reaktion.

In gasförmigen Reaktionen kann das Reaktionsvolumen besonders deutlich ausfallen, weil sich die Anzahl der Gasmoleküle ändert. Für ideale Gase bei gegebener Temperatur und Druck gilt grob: ΔV_R = Δn_g · R · T / P, wobei Δn_g die Änderung der Molzahl der Gase ist. Positive ΔV_R bedeuten eine Zunahme des Volumens, negative ΔV_R eine Abnahme.

Beispiele helfen beim Verständnis: Die Haber-Bosch-Reaktion N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) reduziert die Anzahl der Gasmoleküle von 4 auf 2, somit Δn_g = -2 und unter konstantem T und P ist ΔV_R negativ. Das erklärt in hohem Maß die Empfindlichkeit solcher Reaktionen gegenüber Druckänderungen.

In Lösungen oder Festkörperphasen sind die Volumenänderungen oft geringer und hängen von den Partialmolarvolumina der beteiligten Spezies ab; solche Werte lassen sich experimentell bestimmen oder aus Tabellen ableiten, sind aber schwieriger zuverlässig vorherzusagen als im Gasstadium.

Die Größe des Reaktionsvolumens ist bedeutend für das Gleichgewicht unter Druckbedingungen und beeinflusst das Verhalten von Reaktoren, insbesondere bei hohen Drücken oder volumetrischen Beschränkungen.