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Methoden der kinetischen Analyse

Bestimmung von Reaktionsgeschwindigkeiten

Aus ökonomischen Gründen ist es sinnvoll, für ein gegebenes Reaktionsgemisch (meist äquimolar) die Zeitabhängigkeit der Konzentration eines Reaktanten soweit wie möglich zu messen. Ein typisches Messergebnis zeigt das folgende Diagramm für das Edukt A ( c A ( t ) , [ A ] t oder kurz [ A ] ).

RG = d [ A ] d t = tan α π 2 < α < π negative Steigung (Gefälle) RG = d [ Produkt ] d t = tan α ' 0 < α ' < π 2 (positive) Steigung
Abb.1
Messung einer Reaktionsgeschwindigkeit RG mit fortschreitender Zeit t

Die negativen Steigungen an den markierten Messpunkten sind gleich den RG-Werten der Reaktion für die Zeiten t= 0, t', t''. Ist die Konzentration eines Produktes analytisch leichter zugänglich als die der Edukte, so entstehen entsprechend ansteigende Konzentrationskurven. In diesem Fall sind die (positiven) Steigungen gleich den RG-Werten.

Besteht die Vermutung, dass die Reaktionsgeschwindigkeit RG von den Produkten beeinflusst wird, so werden mehrere Messungen mit verschiedenen Anfangskonzentrationen durchgeführt und die Reaktionsgeschwindigkeit in der Nähe von t= 0 bestimmt (Methode der Anfangsgeschwindigkeit, Differentielle Methoden, Bestimmung von Reaktionsordnungen: Iodierung von Aceton). Hier empfiehlt es sich aber, von Anfang an die Teilordnungen zuerst zu bestimmen (Bestimmung der Reaktionsordnung und der Geschwindigkeitskonstanten).

Abb.2
Messung von Anfangsgeschwindigkeiten durch Verwendung unterschiedlicher Anfangskonzentrationen.

Erkennbar ist, dass mit abnehmender Anfangskonzentration [ A ] 0 (Diagramme von links nach rechts) auch die Anfangsgeschwindigkeit R G ( 0 ) (oder R G 0 ) abnimmt. Diese Werte sind nur von der Eduktkonzentration bestimmt, da sich noch keine nennenswerten Mengen der Produkte gebildet haben (chemisches Gleichgewicht).

A k Rück k Hin B
RG Hin ,0 = k Hin ( A ) 0 k Rück ( B ) 0 = k Hin ( A ) 0 da ( B ) 0 = 0 ( A ) 0 ( B ) 0 = Anfangskonzentrationen

„Integrale” Reaktionsgeschwindigkeit

Die beiden oben erwähnten Vorgehensweisen zur Ermittlung der RG-Werte sind differentieller Natur, da für eine gegebene Zeit die Steigungen Δ [ A ] / Δ t berechnet werden. In Sonderfällen ist auch eine integrale Methode anwendbar. Für verschiedene Anfangskonzentrationen wird die Zeit t c bis zum Erreichen eines bestimmten Ereignisses gemessen.

RG = Δ [ A ] Δ t = [ A ] c [ A ] 0 t c 0 = konst. t c
Abb.3
Integrale Reaktionsgeschwindigkeit

Ein Beispiel ist die Iod-Uhr-Reaktion, bei der das Ende einer Reaktion durch Bildung des blauen Iod-Stärke-Komplexes angezeigt wird.

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