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Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Reaktionen in der Gasphase und in flüssiger Lösung

Für chemische Reaktionen neutraler Moleküle, die sowohl in der Gasphase als auch in Lösung durchführbar sind, ist die Reaktionsgeschwindigkeit von vergleichbarer Größenordnung oder sogar nahezu gleich. Diese Beobachtung erklärt sich daraus, dass die reagierenden Moleküle nicht nur zusammentreffen, sondern auch eine geeignete Orientierung zueinander besitzen müssen, damit die Umordnung der Bindungen zu den Produktmolekülen stattfinden kann. An einem Beispiel der Reaktion zweier Moleküle A und B zu Assoziat AB soll dieser Zusammenhang verdeutlicht werden.

Abb.1
Zwei Atome A und B reagieren in der Gasphase zu A-B

Die TeilchenA und B treffen häufig aufeinander. Im Moment des Zusammenstoßes (Stoßkomplex) besteht allerdings selten jene Orientierung zueinander, die für die Bildung von AB notwendig ist. Eine Umorientierung kann nicht stattfinden, da sich die Stoßpartner sehr schnell wieder trennen.

In der Gasphase kommt es also darauf an, dass die Teilchen bereits in der richtigen Orientierung zusammentreffen.

Abb.2
Zwei Atome A und B reagieren in der flüssigen Phase zu A-B

Die TeilchenA und B treffen vor allem mit Lösemittelmolekülen zusammen. Stoßkomplexe A...B entstehen relativ selten nach einem längerem Zickzackweg (Diffusion). Hat sich allerdings ein Stoßkomplex A...B gebildet, so bleiben die Teilchen A und B wegen der Stöße mit den benachbarten Lösemittelteilchen längere Zeit zusammen: Man spricht von einem Lösemittelkäfig. Anders als in der Gasphase besteht nun für A und B die Möglichkeit, durch rotatorische Bewegung jene Ausrichtung zueinander zu finden, die für die Bildung von AB bestehen muss (Reaktionskomplex).

Formulierung der Reaktion in gasförmiger und flüssiger Phase

Das unterschiedliche Verhalten in gasförmiger und flüssiger Phase kann mit folgenden Reaktionsschemata kurz notiert werden.

Gasphase:

A + B A...B A.B A-B schnell Stoßkomplex selten Reaktionskomplex schnell

Lösung:

A + B A...B A.B A-B langsam Stoßkomplex häufig Reaktionskomplex schnell
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