reaktionskinetiken

Reaktionskinetik ist der Teil der Chemie, der sich mit der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und den Faktoren, die sie beeinflussen, beschäftigt. Ziel ist es, zu verstehen, wie schnell Reaktanten in Produkte umgesetzt werden und welche Mechanismen dahinterstehen. Die Geschwindigkeit hängt von Faktoren wie Konzentration, Temperatur, Druck (bei Gasreaktionen) und dem Lösungsmittel ab. Sie lässt sich durch Ratenordnungen beschreiben, in denen die Abhängigkeit der Geschwindigkeit von den Konzentrationen der Reaktanten festgelegt wird.

Die Grundform eines Ratengesetzes lautet r = k [A]^m [B]^n ..., wobei k die Geschwindigkeitskonstante und m, n die Reaktionsordnungen sind. Diese Ordungen müssen experimentell bestimmt werden. Aus den Messungen lassen sich auch integrierte Ratengesetze ableiten, etwa für Null-, Erst- oder Zweitordnungsreaktionen, die direkten Zusammenhang mit Konzentrationen und Halbwertszeit liefern.

Die Temperatur beeinflusst k stark, typischerweise nach der Arrhenius-Gleichung k = A exp(-Ea/RT). Die Aktivierungsenergie Ea gibt den energetischen Aufwand der Reaktion an. Unterschiede im Mechanismus zeigen sich oft in der Temperaturabhängigkeit und in der Art, wie Zwischenprodukte auftreten.

Reaktionskinetik berücksichtigt Mechanismen: Reaktionen laufen oft über mehrere Schritte ab, deren Geschwindigkeit durch den langsamsten Schritt, die Ratebestimmende, dominiert wird. Theorien wie Kollisions- oder Übergangszustandstheorie erklären, wie Teilchen zusammenstoßen oder einen Übergangszustand passieren müssen. Falls erforderlich, werden Näherungen wie die Gleichung des stationären Zustands angewendet.

Katalyse beschleunigt Reaktionen durch alternative Mechanismen oder Senkung der Aktivierungsenergie. In der Biochemie beschreibt die Enzymkinetik häufig den Michaelis-Menten-Formalismus, der die Beziehung zwischen Substratkonzentration und Reaktionsrate beschreibt. Praktisch werden Methoden wie die anfängliche Rate, integrierte Rate oder spektrale Messungen genutzt, um kinetische Parameter zu bestimmen.