Reaktionsmechanismen

Question 1

Kollisionstheorie

Answer 1

• bei einstufiger Reaktion
• Chemische Reaktionen als Folge von Stößen gedeutet
• Kollision führt zu Bindungsbruch (A-A, X-X) und Bindungsbildung (A-X)
• Reaktionsgeschwindigkeit: proportional zu Zahl der Kollisionen pro Zeiteinheit

Question 2

Nicht jede Kollision führt zur Reaktion!
Entscheidend ist:

Answer 2

• Mindestenergie
• richtige Stoßrichtung

Question 3

Theorie des Übergangszustands

Answer 3

• Effektive Kollision führt zu kurzlebigem Übergangszustand
• es bildet sich „aktivierter Komplex“

Question 4

aktivierter Komplex:

Answer 4

• instabiler Verband von Atomen
• nicht isolierbar
• Zustand mit relativ hoher Epot

Question 5

„Aktivierungsenergie“ Ea

Answer 5

Differenz zwischen Epot der Reaktanden und Epot des aktivierten Komplexes
Energiebarriere, die auf dem Weg von den Edukten
zu den Produkten überwunden werden muß
• Deutung im Rahmen der Kollisionstheorie:
Aufwand für erfolgreiche Kollision ( Ekin wird in Epot umgewandelt)
• Energiebarriere: z.B. Abstoßung der Elektronenwolken
bei Annäherung

Question 6

Reaktionsenergie

Answer 6

ergibt sich auch als Differenz der Aktivierungsenergien für
Hin- und Rückreaktion: delta U = E a,h - E a,r

Question 7

Elementarschritt:

Answer 7

• Elementarschritte bestimmen Geschwindigkeitsgesetze
• Elementarschritt: einzelner Reaktionsschritt
• Einstufige Reaktion hat einen Elementarschritt („Einschrittreaktion“)
• Elementarschritt: Zerfall oder Stoß

Question 8

Einschrittreaktion:

Answer 8

Zahl der beteiligten Reaktanden-Teilchen („Molekularität“)
bestimmt Reaktionsordnung
→erscheint als Exponent im Geschwindigkeitsgesetz

Question 9

Unimolekulare Reaktion:

Answer 9

ein Reaktanden-Molekül zerfällt oder lagert um;
RG hängt von Konzentration des einen Reaktanden ab
RG = k ∙ c(A)

Question 10

Bimolekulare Reaktion:

Answer 10

zwei Reaktanden-Moleküle kollidieren →Reaktion folgt;
RG = k ∙ c(A) ∙ c(X) bzw. RG = k ∙ c(A)^2

Question 11

Trimolekulare Reaktion:

Answer 11

drei Reaktanden-Moleküle kollidieren  Reaktion folgt;
(seltener Fall !!)
RG = k ∙ c(A) ∙ c(X) ∙ c(Z) bzw. RG = k ∙ c(A)^2 ∙ c(X) bzw. RG = k ∙ c(A)^3
Achtung: Gilt für Einschrittreaktion!
Reaktionen 3. Ordnung sind häufig Mehrschrittreaktionen, aber NICHT trimolekular

Question 12

bei Mehrschrittreaktionen:

Answer 12

→ ein Schritt kann geschwindigkeitsbestimmend sein
bei Mehrschrittreaktionen:
Mehrschrittreaktionen
→„Flaschenhals” der Reaktion
KEINE direkte Beziehung zwischen Molekularität und Ordnung

Question 13

Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit

Answer 13

• Geschwindigkeitskonstante hängt exponentiell von T ab
• kleine Änderung von T → große Änderungen für k

Question 14

Katalysator

Answer 14

• senkt die Aktivierungsenergie
• beschleunigt die Reaktion
• beschleunigt Hin- und Rückreaktion
• verschiebt nicht die Gleichgewichtslage
• ändert nicht delta U oder delta H der Reaktion (Differenz zw. Edukten und Produkten)
• wird bei der Reaktion nicht verbraucht
• führt zur Bildung von reaktiven Zwischenstufen

Question 15

Homogene Katalyse

Answer 15

Katalysator befindet sich in gleicher Phase wie Reaktionskomponenten

Question 16

Heterogene Katalyse

Answer 16

Katalysator befindet sich in anderer Phase wie Reaktionskomponenten

Question 17

Biologische Katalysatoren:

Answer 17

• Enzyme
• katalysieren biochemische Prozesse
• Umsetzung von einem „Substrat“ zu einem Produkt;
  Substrat wird dazu temporär von Enzym gebunden
• Der Übergangszustand der Reaktion wird durch das Enzym stabilisiert

Question 18

Wegen erhöher Reaktionsgeschwindigkeiten führt Katalysator aber dazu, daß:

Answer 18

• Gleichgewichtskonzentrationen schneller erreicht werden
• das Gleichgewicht sich schneller einstellt

Konzentrationsverlauf für Reaktanden
reversibler Reaktionen folgt aus
gekoppelten Geschwindigkeitsgesetzen
und nicht unmittelbar aus kinetischer
Gleichung für Elementarreaktion!