Reaktionsordnung erster Ordnung

Wie im einführenden Kapitel erwähnt, hängt bei jeder chemischen Reaktionen hängt die Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktion von der Konzentration eines oder mehrerer Ausgangsstoffe ab [v = f (A,B, …)]. Häufig liegt daher eine Proportionalität der Geschwindigkeit zu der jeweiligen Konzentration an Ausgangsstoffen vor. Diese Proportionalität wird mit Hilfe einer Proportionalitätskonstanten (der Geschwindigkeitskonstanten) wiedergegeben. Die Formel für die Geschwindigkeit lautet: v = k·A^x·B^y

Die Potenz, mit der die Konzentration bei der Reaktionsgeschwindigkeit eingeht, ist die sog. Reaktionsordnung, z:B. v = k·A² ergibt eine Reaktion zweiter Ordnung für die Kompente A (k ist dabei eine Konstante, die aus der graphischen Auftragung der Zeit gegen die Konzentration bestimmt werden kann). Die Reaktionsordnung kann nur experimentell bestimmt werden und nicht aus einer Reaktionsgleichung hergeleitet werden.

Reaktion erster Ordnung A -> B

Aus dem oben erläuterten Teil ergibt sich, dass die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion 1. Ordnung bestimmt ist zu: v = k·A¹ = k·A
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist nur von der Konzentration des reagierenden Stoffes abhängig ist

Beispiel: Radioaktive Zerfallsprozesse, Isomerisierungen

Erkennen lässt sich eine Reaktion 1. Ordnung aus der Auftragung von Zeit und Konzentration des Ausgangsstoffes. Im t,c-Diagramm beobachtet man für die Konzentration A einen exponentieller Abfall.

Trägt man nun in dem Diagramm ln [A] gegen die Zeit t auf, so erhält man eine Gerade. Die Steigung dieser Geraden ist die Reaktionskonstante k.
Im Allgemeinen gilt bei einer Reaktion 1. Ordnung, dass je größer die Geschwindigkeitskonstante k ist, umso schneller erfolgt die Umsetzung des Ausgangsstoffes A.

Gleichung für die Reaktionsgeschwindigkeit

Reaktionsgeschwindigkeits Gleichung

[A]₀ = Anfangskonzentration
[A]_t = Konzentration von A zum Zeitpunkt t

Zu Beachten

Chemische Reaktionen verlaufen nicht immer in nur einem Reaktionsschritt, meist entstehen die Produkte aus einer Kette mehrerer Teilreaktionen bzw. Reaktionsschritten. Bei einer Reaktion mehrerer aufeinanderfolgenden Reaktionsschritten bestimmt der langsamste Reaktionsschritt die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion.

Reaktionsordnung erster Ordnung – Testfragen/-aufgaben

1. Was bedeutet der Begriff “Reaktionsordnung erster Ordnung”?

Bei einer Reaktionsordnung erster Ordnung ist die Geschwindigkeitsrate der Reaktion direkt proportional zur Konzentration eines einzigen Reaktanten.

2. Welche Art von Reaktionen folgen in der Regel der Reaktionsordnung erster Ordnung?

Elementare Reaktionen, die aus nur einer Molekülsorte bestehen, folgen in der Regel der Reaktionsordnung erster Ordnung.

3. Wie lautet die allgemeine Formel für die Geschwindigkeitsrate einer Reaktion erster Ordnung?

Die allgemeine Formel lautet: v = k[A], wobei v die Geschwindigkeitsrate, k die Geschwindigkeitskonstante und [A] die Konzentration des Reaktanten ist.

4. Wie hängt die Halbwertszeit mit der Reaktionsordnung erster Ordnung zusammen?

Die Halbwertszeit ist bei Reaktionen erster Ordnung unabhängig von der Ausgangskonzentration des Reaktanten.

5. Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Reaktion erster Ordnung, wenn die Konzentration des Reaktanten verdoppelt wird?

Bei einer Reaktion erster Ordnung verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Konzentration des Reaktanten verdoppelt wird.

6. Wie kann eine Reaktion erster Ordnung experimentell bestätigt werden?

Eine Reaktion erster Ordnung kann experimentell bestätigt werden, indem man nachweist, dass die Halbwertszeit unabhängig von der Ausgangskonzentration ist.

7. Wie ändert sich die Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion erster Ordnung mit der Temperatur?

Die Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion erster Ordnung erhöht sich in der Regel mit steigender Temperatur.

8. Wie wird die Reaktionsordnung in komplexen Reaktionen ermittelt?

Die Reaktionsordnung in komplexen Reaktionen wird durch Analyse der Geschwindigkeitsgesetze ermittelt, die die Konzentrationsabhängigkeiten der Reaktionsgeschwindigkeiten beschreiben.

9. Wie kann die Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion erster Ordnung bestimmt werden?

Die Geschwindigkeitskonstante kann durch das Ablesen der Steigung in einem ln([A]) vs. Zeit-Diagramm bestimmt werden.

10. Was ist der Unterschied zwischen der Reaktionsordnung und der Molekülarität einer Reaktion?

Die Reaktionsordnung bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeitsänderung einer Reaktion und der Konzentrationsänderung ihrer Reaktanten, während die Molekülarität sich auf die Anzahl von Molekülen bezieht, die in einem elementaren Ereignis gemeinsam reagieren.