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Gekoppelte Reaktionen

Folgereaktionen

Eine Folgereaktion ist die Reaktion von A nach C über ein Intermediat (Zwischenstoff, Zwischenprodukt) B.

A k A B k B C

Da es sich bei diesen Reaktionen nicht um reversible Reaktionen handelt, gelten die einfachen Reaktionsgeschwindigkeitsgesetze für die einzelnen Teilreaktionen (Folgereaktionen):

d [ A ] d t = - k A [ A ] d [ i ] d t = Reaktionsgeschwindigkeit d [ B ] d t = k A [ A ] - k B [ B ] k i = Reaktionsgeschwindigkeitskonstante d [ C ] d t = k B [ B ] i = Stoffkonzentration

Diese Gleichungen werden uns sofort verständlich, wenn wir die Reaktion genauer betrachten:

  • Der Zerfall von A nach B ist eine unimolekulare Reaktion 1. Ordnung (Reaktionsmolekularität, Reaktionsordnung) und wird durch das bekannte Reaktionsgeschwindigkeitsgesetz beschrieben.
  • B entsteht aus A (beschrieben durch den Ausdruck k A [ A ] ) und zerfällt weiter zu C (Ausdruck k B [ B ] ).
  • Die Bildung von C ist ebenfalls eine unimolekulare Reaktion 1. Ordnung.
Abb.1
Abhängigkeiten der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten für eine Folgereaktion

Die Abhängigkeit der einzelnen Reaktionen können nachvollzogen werden, wenn mit den seitlichen Schiebern die Werte der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten verändert werden.

Je nachdem in welchem Verhältnis die Geschwindigkeitskonstanten zueinander liegen, werden Teile der Gesamtreaktion nahezu unbedeutend.

A langsam B schnell C

Ist die Reaktion von B nach C beispielsweise viel schneller als die von A nach B ( k B > > k A ), so ist erstere (nahezu) vernachlässigbar, da der entscheidende Anteil der Bildungsgeschwindigkeit von C bereits in der Bildungsgeschwindigkeit von B liegt, die von der Zerfallsreaktion von A abhängt.

A schnell B langsam C

Zerfällt allerdings A sehr schnell zu B ( k A > > k B ) und reagiert vergleichsweise langsam zu C, entsteht ein großer „Vorrat” an B, der vergleichsweise langsam abgebaut wird.

Wir sehen also, dass immer der langsamste Schritt in einer Reaktionskette, der bestimmende Schritt der Gesamtreaktion ist - es ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt (Beispiel: Folgereaktion). Mit der Animation können die unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten simuliert werden.

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