Mechanismus einer Folgereaktion (BODENSTEINsches Quasistationaritätsprinzip für instabile ZwiPros) - Der langsamste Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend

265 views

Formal Metadata

Title
Mechanismus einer Folgereaktion (BODENSTEINsches Quasistationaritätsprinzip für instabile ZwiPros) - Der langsamste Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend
Title of Series
Author
Lauth, Jakob Günter (SciFox)
Contributors
Lauth, Anika (Medientechnik)
License
CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany:
You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI
Publisher
SciFox
Release Date
2013
Language
German
Production Year
2013
Production Place
Jülich

Content Metadata

Subject Area
Keywords
Physikalische Chemie
Kinetik
Loading...
Elementarreaktion Physical chemistry Sukzessivreaktion Sukzessivreaktion Zwischenprodukt Acetone
Ethylene Lecture/Conference Sukzessivreaktion Heterogeneous catalysis Carbon monoxide Zwischenprodukt
Blood vessel Lecture/Conference Pipette
Lecture/Conference Sukzessivreaktion Zwischenprodukt
Stoichiometry Lecture/Conference Zwischenprodukt Konzentration
Lecture/Conference Zwischenprodukt Konzentration
Lecture/Conference Sukzessivreaktion
Lecture/Conference Process (computing)
Lecture/Conference Zwischenprodukt Alu element Konzentration
Activation energy Sukzessivreaktion Lecture/Conference Zwischenprodukt
Sukzessivreaktion Lecture/Conference Sukzessivreaktion Zwischenprodukt
Eine Folgereaktion besteht aus mindestens zwei Elementarreaktionen - der Bildung und in dem Zerfall eines Zwischenproduktes. Beispielsweise kann Aceton zu einem reaktiven Zwischenprodukt
(lila) reagieren. Das Zwischenprodukt zerfällt weiter in Ethylen und Kohlenmonoxid. Eine Folgereaktion kann
auch physikalische Teilschritte beinhalten. Die heterogene Katalyse ist eine komplexe Folgereaktion mit Diffusions- und Adsorptions-Teilschritten. Eine einfache Folgereaktion aus zwei Schritten sieht im
mechanischen Modell folgendermaßen aus: Wir betrachten drei Flüssigkeits-Behälter, deren Füllstand jeweils für die Konzentrationen von [A], [B] und [C] stehen. Mit zwei Gefäßen oder Pipetten k und k´ wird Flüssigkeit von Behälter A in B bzw. von Behälter B in C transportiert. Wie variieren die Flüssigkeitsstände in den einzelnen Behältern, z.B. in Abhängigkeit von der Größe der Transportgefäße?
Im einfachsten Fall besitzen beide Schritte eine Kinetik
Erster Ordnung Die Bildungsrate (grün) des Zwischenproduktes ist k[A]; die Zerfallsrate (rot) errechnet sich zu k´[B]. Durch Kombination der Quelle und Senke erhalten wir das Geschwindigkeitsgesetz der Folgereaktion. Nach Integration
des Geschwindigkeitsgesetzes ergibt sich für den Reaktant [A]
eine einfache exponentielle Abnahme der Konzentration.
Die Integration bezüglich des Zwischenproduktes [B] gestaltet sich schwieriger. Wir gelangen zu dieser Gleichung, welche die Kombination zweier e-Funktionen beinhaltet. Die Konzentration von [C] folgt dann aus der Stöchiometrie.
Wenn die Zerfallsrate des Zwischenproduktes langsam ist (wenn wir also ein relativ stabiles Zwischenprodukt betrachten) sehen die Konzentrations-Zeit-Kurven wie folgt aus. Interessant ist insbesondere die Kurve für [B] (rot): Die Konzentration des Zwischenproduktes steigt zunächst an, nach
Durchschreiten eines Maximums fällt die Konzentration exponentiell ab. Die Konzentrationskurve des des Endproduktes [C] folgt einem S-förmigen Verlauf. Bei stabilem Zwischenprodukt ist k´<<k und wir können im Reaktionsprofil E(A)<E(A)´ zeichnen. Mit einigen Vereinfachungen ergibt sich, dass die Konzentration von [C] kinetisch nur von k´ abhängt. Bei instabilem Zwischenprodukt kehren sich die Verhältnisse um: k << k´ im Reaktionsprofil ist l E(A)>E(A)´ und die Konzentration von [C] hängt (mit einigen Vereinfachungen) nur von k ab.
Offensichtlich bestimmt immer die langsamste Teilreaktion die Gesamtkinetik. Das ist das Prinzip des Geschwindigkeits- bestimmenden Schrittes: Bei Folgereaktionen bestimmt der langsamste
Teilschritt die Gesamtkinetik. Dieses Prinzip heißt auch Flaschenhalsprinzip. Ähnliche
Effekte kennt man auch von nicht-chemischen Prozessen, etwa beim Datentransport. Der langsamste Teilschritt bestimmt
die Datentransportrate. Für den Fall eines instabilen
Zwischenproduktes sehen die Konzentrations-Zeit-Kurven
etwas anders aus. Interessant ist der Konzentrationsverlauf des Zwischenproduktes. Dessen Konzentration ist sehr gering und zeitlich ungefähr konstant. Dies ist die
Aussage des BODENSTEINschen Quasistationaritätsprinzip: Die Bildungsrate und die Zerfallsrate eines instabilen Zwischenproduktes sind ungefähr gleich. d[B]/dt ist also ungefähr Null.
Im Reaktionsprofil äußert sich ein instabiles Zwischenprodukt durch eine kleine Aktivierungsenergie E(A)´ (im
Vergleich zu E(A)) Bei einem stabilen Zwischenprodukt sind die Verhältnisse umgekehrt. (Zusammenfassung Folgereaktion)
Loading...
Feedback

Timings

  370 ms - page object

Version

AV-Portal 3.9.1 (0da88e96ae8dbbf323d1005dc12c7aa41dfc5a31)