Sieben chemische Reaktionen im Vergleich
Reaktion 1: Explosion von Dynamit
Reaktion 2: Aufblasen eines Airbags
Reaktion 3: Neutralisation von Salzsäure
Reaktion 4: Backen eines Kuchens
Reaktion 5: Rosten von Eisen
Reaktion 6: Umsetzung von Salzsäure mit Magnesium
Reaktion 7: Umsetzung von Eisen mit Schwefel
Wenn Leute den Begriff "chemische Reaktion" hören, denken eigenartigerweise die meisten zunächst an eine Explosion (Reaktion 1 und 2). In Wirklichkeit verlaufen die meisten chemischen Reaktionen langsamer (Reaktion 3, 6 und 7) oder sogar viel langsamer (Reaktion 5).
Kommen wir daher zu unserer ersten Erkenntnis:
| Geschwindigkeit chemischer Reaktionen:
Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ist höchst variabel. Manche Reaktionen laufen in Bruchteilen von Sekunden ab, bei anderen dauert die Reaktion Sekunden oder Minuten, und wieder andere Reaktionen benötigen sogar mehrere Jahre. |
Übungsaufgabe 1
Welche der beiden abgebildeten Reaktionen läuft schneller ab, die linke oder die rechte?
Wenn ich meinen Schüler(innen) diese Abbildung zeige und dann die Frage stelle, so bekomme ich in über 90% der Fälle die Antwort: "Ganz klar, die rechte Reaktion läuft viel schneller ab als die linke". Wenn ich dann nachfrage, warum das so ist, gibt es immer einige besonders gute Leute, die das auch begründen können: "Bei der rechten Reaktion wird sehr viel mehr Energie freigesetzt als bei der linken, also muss sie doch schneller ablaufen".
Leider ist diese Antwort völlig falsch! Beide Reaktionen laufen mit exakt der gleichen Geschwindigkeit ab. Natürlich ist die rechte Reaktion heftiger als die linke, denn sie setzt in der Tat viel mehr Energie frei. Die Geschwindigkeit ist aber gleich.
Wir merken uns also:
| Reaktionsgeschwindigkeit und Reaktionsenergie:
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hängt nicht davon ab, wie viel Energie bei der Reaktion freigesetzt wird. |
Diese Behauptung gilt sogar dann, wenn die Reaktion endotherm ist, wenn also Energie in die Reaktion "hineingesteckt" werden muss. Die Umwandlung von wasserhaltigem blauem Kupfersulfat in wasserfreies weißes Kupfersulfat durch Erhitzen mit dem Bunsenbrenner verläuft recht schnell, obwohl die Reaktion endotherm ist.
Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt nicht von der Reaktionsenergie ab!
Übungsaufgabe 2
Welche Reaktion wird schneller verlaufen, die linke oder die rechte?
Das linke Diagramm könnte beispielsweise für die Neutralisation von Salzsäure HCl mit Natronlauge NaOH stehen, das rechte für die Reaktion von Schwarzpulver.
Die richtige Antwort auf die Frage: Die linke Reaktion verläuft schneller. Die Reaktion von Schwarzpulver ist zwar sehr exotherm, und wenn die Reaktion erst einmal gestartet ist, verläuft sie auch ziemlich schnell. Aber es dauert einige Sekunden, bis man die ersten Funken sieht, wenn man die Flamme des Bunsenbrenners auf den Schwarzpulverhaufen richtet. Die Neutralisation beginnt dagegen sofort mit dem Hineinschütten der Lauge in die Säure; man muss hier nicht erst ein oder zwei Sekunden warten.
Der Schlüsselbegriff, den wir zur Erklärung dieses Phänomens brauchen, heißt Aktivierungsenergie. In der Zeichnung oben stehen die beiden roten Pfeile für diese Aktivierungsenergie.
Wir merken uns also:
| Reaktionsgeschwindigkeit und Aktivierungsenergie:
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hängt von ihrer Aktivierungsenergie ab. Je geringer die Aktivierungsenergie, desto schneller verläuft die Reaktion. |
Auch eine endotherme Reaktion kann schnell verlaufen, wenn die Aktivierungsenergie niedrig ist. Eine stark exotherme Reaktion kann langsam verlaufen, wenn die Aktivierungsenergie hoch ist.
Nachdem wir diesen wichtigen Zusammenhang hergestellt haben, stellen sich zwei wichtige Fragen:
- Was versteht man genau unter dem Begriff Reaktionsgeschwindigkeit?
- Von welchen Faktoren hängt die Reaktionsgeschwindigkeit nun genau ab?
- Wie kann man die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion möglichst genau messen?
Sie haben es erkannt: Ich bin ein Douglas Adams Fan, dessen Trilogie "Per Anhalter durch die Galaxis" ja auch aus fünf Büchern besteht.
Nächstes Kapitel:
Von welchen Faktoren hängt die Reaktionsgeschwindigkeit ab?
