Reaktionsweite

Reaktionsweite, im Deutschen oft als extent of reaction bezeichnet, ist eine zentrale Größe in der Chemie, die den Fortschritt einer chemischen Reaktion quantifiziert. Sie dient als Zustandvariable, die beschreibt, wie weit eine Reaktion von ihren Ausgangsstoffen zu den Produkten fortgeschritten ist. Der Reaktionsverlauf wird häufig über die Stöchiometrie der Reaktion beschrieben.

Für eine Reaktion mit stöchiometrischen Koeffizienten ν_i (für jedes Spezies i) gilt: Die Änderung der Stoffmenge n_i ist gegeben durch Δn_i = ν_i ξ, wobei ξ die Reaktionsweite ist. In einer Reaktionsgleichung insgesamt gilt: n_i = n_i0 + ν_i ξ, wobei n_i0 die Anfangsmenge ist. Die Reaktionsweite beginnt bei ξ = 0 und nimmt zu, solange die Reaktion voranschreitet. ξ_max wird durch das limitierende Reagens bestimmt und entspricht dem maximal erreichten Fortschritt der Reaktion.

Die Reaktionsweite lässt sich eng mit der Gibbs-energiebilanz verknüpfen: dG = ∑ μ_i dn_i = (∑ μ_i ν_i) dξ = Δ_rG dξ, wobei Δ_rG die reaktionsspezifische Gibbs-Energie ist. Am Gleichgewicht gilt Δ_rG = 0, und damit verändert sich G bei weiteren Fortschritt des Reaktionsweges nicht mehr (bei konstanter T und P).

In der Praxis verbindet ξ die Kinetik mit Stoffbilanzen: dn_i/dt = ν_i dξ/dt, wodurch r = dξ/dt als Reaktionsgeschwindigkeit bezeichnet wird. Für viele Anwendungen, etwa in Reaktoren, bietet die Reaktionsweite eine kompakte Beschreibung des Stoffumsatzes unabhängiger von einzelnen Spezies.

Beispiel: Für A → B mit ν_A = -1, ν_B = +1 gilt n_A = n_A0 − ξ und n_B = n_B0 + ξ.