Vorwärtsreaktion

Die Vorwärtsreaktion ist der Teil einer chemischen Reaktion, bei dem Edukte in Produkte umgewandelt werden. Bei einer Reaktion der Form aA + bB ⇌ cC + dD bezeichnet der Vorwärtsfortschritt die Veränderung der Konzentrationen in Richtung der Produkte. Formal lässt sich der Vorwärtsreaktionsrate r_f wie folgt ausdrücken: r_f = - (1/a) d[A]/dt = - (1/b) d[B]/dt = (1/c) d[C]/dt = (1/d) d[D]/dt. In vielen Fällen gilt eine vereinfachte Form r_f = - d[A]/dt = - d[B]/dt = d[C]/dt, insbesondere bei Reaktionen mit stöchiometrischen Koeffizienten von 1.

Die Vorwärtsreaktionsrate folgt typischerweise einem Raten- bzw. Masseaktionsgesetz: r_f = k_f [A]^m [B]^n, wobei k_f die Vorwärtsreaktionskonstante ist und m, n die Abhängigkeiten von den Konzentrationen der Edukte darstellen. k_f hängt stark von der Temperatur ab (Arrhenius-Gleichung: k_f = A_f exp(-E_a,f/RT)). Auch der Mechanismus der Reaktion bestimmt, welche Ordnung m und n auftreten.

In reversiblen Reaktionen A ⇌ B besteht eine Vorwärts- und eine Rückwärtsreaktion mit Rate r_f = k_f [A]^m [B]^n und r_r = k_r [C]^p [D]^q. Im Gleichgewicht gilt r_f = r_r, und das Gleichgewichtskonstante K_eq = k_f / k_r (für die jeweiligen Reaktionsordnungen) bestimmt das Verhältnis der Produkt‑ zu Eduktkonzentrationen. Ein Catalyst erhöht in der Regel beide Ratenkonstanten gleichermaßen, ändert aber nicht das Gleichgewicht.

Praktisch ist die Vorwärtsreaktion zentral für die Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit, Reaktordesigns und die Interpretation von Experimenten zur Thermal- und Konzentrationsabhängigkeit chemischer Prozesse.