Zeitlicher Verlauf von chemischen Reaktionen

Einige Reaktionen sind sehr schnell, wie die Explosion von TNT (Trinitrotoluene).

Andere Reaktionen dauern relativ lange, wie das Rosten von Eisen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist von mehreren Faktoren abhängig. Wichtige Faktoren sind die Konzentration der Ausgangsstoffe und die Temperatur, bei der die Reaktion abläuft. Daneben hängt sie ausserdem von der Verwendung eines Katalysators, des pH-Wertes, einer Druckänderung und der Oberfläche der reagierenden Stoffe ab.

Temperatureinfluss bei Reaktionen

Bei einer höheren Temperatur erhöht sich auch die Geschwindigkeit der meisten Reaktionen, denn die Teilchen bewegen sich schneller und stossen öfter und stärker zusammen. Die Konzentration der Ausgangsstoffe nimmt dann schneller ab, die der Reaktionsprodukte hingegen schneller zu.

Oberflächeneinfluss bei Reaktionen

Eine Reaktion zwischen zwei Stoffen findet nur statt, wenn sie auch aufeinandertreffen. Gase sind vollständig mischbar, bei flüssigen und festen Reaktanten spielt jedoch die Oberfläche bei er Reaktionsgeschwindigkeit eine nicht unbedeutende Rolle. Eine Reaktion zwischen zwei Metallen findet beispielsweise nur an ihren Berührungspunkten statt. Wenn Du sie aber sehr fein zerkleinerst und miteinander mischst, reagieren sie wesentlich schneller. Grundsätzlich gilt: Je grösser die Oberfläche, desto mehr Fläche haben die Stoffe, um miteinander in Kontakt zu kommen und zu reagieren. Durch Ändern der Oberfläche sich berührender Stoffe kann so die Reaktionszeit beeinflusst werden.

Katalysator

Als Katalysator bezeichnet man in der Chemie einen Stoff, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Dies geschieht durch Herabsetzung der Aktivierungsenergie. Katalysatoren, die die Aktivierungsenergie herabsetzen, werden als positive Katalysatoren bezeichnet, solche, die die Aktivierungsenergie heraufsetzen, als negative Katalysatoren. Als Aktivierungsenergie kannst Du Dir die Energie vorstellen, die nötig ist, um eine Reaktion in Gang zu setzen. Der Katalysator nimmt selbst nicht an der Reaktion teil und wird nach Entstehung des Produkts wieder unverändert freigesetzt bzw. wird er selbst wird bei der chemischen Reaktion nicht verbraucht.

Chemie; Chemische Reaktion; 1. Sek / Bez / Real; zeitlicher Verlauf von chemischen Reaktionen — 1. mit Katalysator, 2. ohne Katalysator, 3. Aktivierungsenergie

Katalysator Bedeutung

Katalysatoren sind von grosser Bedeutung und werden daher in vielen unterschiedlichen Gebieten verwendet:
Chemische Industrie: Katalysatoren sind hier besonders wichtig, da durch sie Unmengen von Energie eingespart werden.
Fahrzeuge: Durch einen Katalysator (meistens Platin) im Auspuff kann der Schadstoffausstoss im Abgas stark reduziert werden. Das ist wichtig, damit wir die Umwelt besser schützen können.
Natur: In Lebewesen laufen viele biochemischen Reaktionen katalysiert ab. Beispielsweise die Fotosynthese bei Pflanzen oder Zellatmung. Die Reaktionen werden durch Enzyme (organischer Katalysatoren) katalysiert.

Allgemeiner Ansatz

Bei einer chemischen Reaktion, die freiwillig abläuft, haben die Produkte eine niedrigere Energie als die Edukte. Um aber dort hinzukommen, müssen die Reaktanten einen Übergangszustand höherer Energie durchlaufen. Die Geschwindigkeit der Reaktion hängt jetzt davon ab, wie viele Teilchen über diese Energiebarriere kommen und das kannst Du auf drei verschiedene Arten beeinflussen:

Du könntest zum Beispiel einfach die Anzahl an Teilchen erhöhen, die für die Reaktion infrage kommen. Darunter fällt die Erhöhung der Konzentration oder der Oberfläche. Wenn mehr Teilchen vorhanden sind, kommen auch mehr über den Energieberg.
Du könntest die Energie der Teilchen erhöhen, damit ein grösserer Anteil der Teilchen über die Energiebarriere kommt. Das könntest Du erreichen, indem Du die Temperatur erhöhst.
Du könntest die Aktivierungsenergie herabsetzen, damit die Energiebarriere kleiner wird. Diesen Effekt erreichst Du mit einem Katalysator. Katalysatoren stabilisieren den Übergangszustand einer Reaktion.