02. Reaktionsgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsgesetze

Themen

Auf dem Weg zum Geschwindigkeitsgesetz

Reaktionen erster bis dritter Ordnung

Spezialfälle: Nullte Ordnung und radioaktiver Zerfall

Bestimmung der Reaktionsordnung

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Glossar

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• Die Ableitung einfacher Geschwindigkeitsgesetze setzt
  eine Reihe von (gerechtfertigten) Vereinfachungen voraus.
• Die Geschwindigkeitsgesetze sind Differentialgleichungen,
  deren Lösung ihre Integration erfordert.
• Über die Reaktionsordnung lassen sich Reaktionsmechanismen
  ausschließen, aber nicht nachweisen (Falsifikationskriterium).
• Mechanistisch hochkomplexe Reaktionen folgen häufig
  einfachen Geschwindigkeitsgesetzen.
• Die Reaktionsordnung lässt sich aus Messdaten ermitteln,
  am Einfachsten durch grafische Auftragung.

Die nachfolgenden Fragen sollten sich mit den in der Vorlesung vermittelten Inhalten beantworten lassen und dienen der eigenständigen Nacharbeit bzw. Beschäftigung mit der Thematik.

• Welche Annahmen muss man sinnvollerweise treffen, um die Kinetik der Elementarreaktionen herleiten zu können?
• Warum sollte man sich mit Elementarreaktionen beschäftigen? Welche Bedeutung kommt ihnen für die Kinetik realer Reaktionen und deren Auswertung zu?
• Kann in einem geschlossenen System eine Reaktion nullter Ordnung über längere Zeit ablaufen?
• Welche Bedeutung kommt der linearen Darstellung der Zeitgesetze unterschiedlicher Reaktionsordnungen – gerade im Zeitalter der Computer und der Verfügbarkeit numerischer Kapazitäten – zu? Warum ist sie immer noch von Relevanz?
• Welche Schlussfolgerungen kann man aus der empirisch bestimmten Reaktionsordnung bezüglich des zugrundeliegenden Reaktionsmechanismus ziehen (und welche nicht)?
• Was ist die Bedeutung der Halbwertszeit der unterschiedlichen Reaktionsordnungen für den Zerfall einer Substanz? Warum ist das z.B. für Umweltgifte von hoher Relevanz?
• Was ist (im hier gegebenen Kontext) die Besonderheit am radioaktiven Zerfall?
• Können Sie sich radioaktive Zerfallsprozesse vorstellen, die formal Reaktionen höherer als der ersten Ordnung folgen? Begründen Sie Ihre Antwort.

Eine kommentierte und handverlesene Liste mit weiterführender Literatur zum Thema. Die Auswahl ist zwangsläufig subjektiv.

Die Hauptinhalte der Vorlesung zum Nachlesen in den allgemeinen Lehrbüchern zur Physikalischen Chemie: Wedler [Wedler, 2012Wedler, Gerd; Freund, Hans-Joachim (2012): Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim], Kapitel 1.5.1–6; Atkins vierte Auflage [Atkins, 2006Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2006): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim] Kapitel 22.1.2–3; Atkins fünfte Auflage [Atkins, 2013Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2013): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim] Kapitel 21.1.2–3. Man beachte den Fehler in Abb. 1.5-3 im Wedler (mindestens seit der vierten Auflage und einschließlich der siebten Auflage).

• Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2006): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim
• Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2013): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim
• Wedler, Gerd; Freund, Hans-Joachim (2012): Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim