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Reaktionskinetik

Der Übergangszustand (aktivierter Komplex)

Es ist verständlich, dass eine thermodynamisch mögliche Reaktion (Gleichgewicht stark rechts) durchaus langsam oder gar nicht ablaufen kann. Die reagierenden Stoffe können nicht ohne weiteres in einen Zustand niedrigerer freier Enthalpie übergehen, sondern es muss bei der Umsetzung ein Energieberg überwunden werden, der dem Zustand entspricht, in dem die alten Bindungen gelockert, die neuen aber noch nicht vollständig gebildet sind. Dies wird am Beispiel eines Elementarprozesses bei der radikalischen HBr-Bildung aus den Elementen deutlich:

H-H + Br H H Br H +H-Br

Während der Reaktion wird die H-H-Bindung gelöst und die H-Br-Bindung gebildet. Hierzu müssen sich die reagierenden Teilchen so weit nähern, dass die Bindungsumgruppierung möglich ist. Während dieser Annäherung steigt zunächst die potentielle Energie der Teilchen, da Abstoßungskräfte zwischen ihnen wirksam werden und die H-H-Bindung gelockert wird, das heißt der H-H-Bindungsabstand nimmt zu. Gleichzeitig beginnt sich aber eine Bindung zwischen dem Brom-Atom und einem H-Atom auszubilden, was mit Energiegewinn verbunden ist. Diese beiden Vorgänge - Zunahme der potentiellen Energie infolge Lockerung der alten Bindung und Abnahme der potentiellen Energie infolge Ausbildurng der neuen Bindung - überlagern sich so, dass ein Maximum an potentieller Energie durchlaufen wird. Im Energiemaximum liegen die Reaktionspartner in einer labilen Konfiguration H···H···Br vor, die man als Übergangszustand oder aktivierten Komplex bezeichnet. Sowohl bei einer weiteren Abstandsänderung von H···Br als auch H···H wird Energie frei; der aktivierte Komplex zerfällt entweder wieder in seine Ausgangsstoffe oder es entstehen die Produkte HBr und H·. Die Differenz zwischen der potentiellen Energie des aktivierten Komplexes und der potentiellen Energie der Ausgangsstoffe ist die Aktivierungsenergie.

Da die Gesamtenergie der beiden Teilchen, die sich aus ihrer kinetischen (Translations-) Energie und potentiellen (Schwingungs-, Rotations- und Elektronenanregungs-) Energie zusammensetzt, nach dem Energieerhaltungssatz während der Reaktion konstant sein muss, wird die zunächst aufzubringende potentielle Energie der kinetischen Energie der Teilchen entnommen, das heißt die Teilchen müssen beim Zusammenprall hinreichend hohe Geschwindigkeit besitzen. Die Aktivierungsenergie kann dem System in Form von Wärme zugeführt werden. Weitere Möglichkeiten sind die Bestrahlung mit Licht oder Elektronenstöße in einer elektrischen Entladung.

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