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Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Reaktionsgeschwindigkeit und Ablauffähigkeit

Die Gleichgewichtskonstante K einer chemischen Reaktion ist thermodynamisch gemäß ΔrG° = - R T ln K bestimmt. Für ΔrG° = 0 gilt K = 1 .

  • Für sehr große Absolutwerte der Gibbs'schen Standardreaktionsarbeit ΔrG° liegt das chemische Gleichgewicht für negatives (positives) Vorzeichen weit auf der Seite der Produkte (Edukte).
  • Für kleine Absolutwerte von ΔrG° , d. h. etwa RT entsteht ein Gleichgewichtsgemisch. In ihm überwiegen für negatives (positives) Vorzeichen von ΔrG° die Produkte (Edukte).

Generell zeigt es sich für chemische Reaktionen, dass thermodynamisch bestimmte Ablauffähigkeit ( ΔrG° ) und Reaktionsgeschwindigkeit (RG) nicht korreliert sind. Ein „großes negatives” ΔrG° geht nicht mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit einher. Die folgenden Beispiele verdeutlichen dies.

A C 6 H 6 ( l ) + 3 C l 2 ( g ) 6 C ( s ) + 6 HCl(g) ΔrG° = -703 kJ(mol FU)-1 bei 298 K B C 6 H 6 ( l ) + C l 2 ( g ) C 6 H 5 C l ( l ) + HCl(g) ΔrG° = -102 kJ(mol FU)-1 bei 298 K

Wäre die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Ablauffähigkeit korreliert, so sollte Reaktion A schneller als Reaktion B ablaufen. Beobachtet wird aber der umgekehrte Fall. Reaktion B findet statt, während bei Reaktion A kein merklicher Umsatz festgestellt wird. Man spricht deswegen von „kinetischer Hemmung”.

Ein weiteres Beispiel ist die Umwandlung von einem Diamanten zu Graphit:

C(Diamant) C(Graphit) ΔrG° = -2,90 kJ / (mol FU) bei 298 K

Wäre diese Reaktion nicht kinetisch gehemmt, so wären Diamanten nicht so unvergänglich wie es scheint.

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