Mechanismus einer Reaktion - Bei Elementarreaktionen sind Molekularität und Ordnung gleich

Wir können eine Reaktion A -> P kinetisch mit dem Geschwindigkeitsgesetz r=f([A]) beschreiben. Die Geschwindigkeitskonstante

k ist temperaturabhängig und lässt sich mit Hilfe der ARRHENIUS-Gleichung

berechnen. Ich kann mit diesen Gleichungen für beliebige Temperaturen Umsätze und Reaktionszeiten berechnen. So einfach

ist Kinetik nur dann, wenn wir wirklich nur EINE Reaktion beschreiben sollen (keiner Nebenprodukte, keine

Folgeprodukte, keine Rückkopplung). Die meisten

Reaktionen verlaufen mikroskopisch nicht so, wie die Reaktionsgleichung es vorgibt. Acetaldehyd zerfällt z.B. nicht in einem einzigen Schritt zu Methan und Kohlenmonoxid, sondern die Reaktion hat folgenden Mechanismus, folgende Abfolge von Elementarschritten: Zunächst zerfällt Acetaldehyd zu einem Methyl-Radikal (grün). Das

Methyl-Radikal reagiert dann mit einem weiteren Acetaldehyd zu den Produkten Methan und Kohlenmonoxid und ein neues weiteren Methyl-Radikal. Dieser Schritt

(rot) bildet eine Reaktionskette. Diese Kette bricht ab, wenn z.B. zwei Methyl-Radikale zu einem Ethanmolekül reagieren (blau). Diese drei Teilschritte des Mechanismus finden tatsächlich auf molekularer Ebene statt und heißen

Elementarreaktionen. Für Elementarreaktionen kann die Ordnung vorausgesagt werden: Unimolekulare Elementarreaktionen

(Reaktionen, bei denen sich der Übergangszustand aus nur einer Spezies bildet) verlaufen immer nach einer Kinetik Erster Ordnung. Bimolekulare Elementarreaktionen (Reaktionen, bei denen sich der Übergangszustand aus zwei Spezies bildet) verlaufen nach einer Kinetik Zweiter Ordnung. Der erste Reaktionsschritt (grün) ist unimolekular und verläuft nach Erster Ordnung; der zweite und dritte Reaktionsschritt (rot, blau) sind bimolekular (zwei Spezies bilden den

aktivierten Komplex) verlaufen nach Zweiter Ordnung. Aus der Kombination dieser drei Elementarschritte (RICE-HERTZFELD-Mechanismus) lässt sich von 1,5. Das experimentell gefundene

ein Geschwindigkeitsgesetz mit einer Reaktionsordnung Geschwindigkeitsgesetz (mit Reaktionsordnung 1,5) bestätigt diesen Mechanismus. Bisher diskutierten wir

nur einfache Reaktionen, bei denen nur EIN Reaktionsweg (bzw. EINE Elementarreaktion) relevant war. Jetzt wollen wir etwas komplexere Reaktionen untersuchen, die aus zwei Elementarschritten zusammengesetzt sind: - Bei Gleichgewichtsreaktionen besteht der Mechanismus aus Hinreaktion (A->B) und Rückreaktion (B->A). Bei Parallelreaktionen

besteht der Mechanismus aus den beiden Prozessen A->B und A->D - Bei Folgereaktionen besteht der Mechanismus aus den beiden Elementarschritten A->B und B->C. (Zusammenfassung Molekularität)

Eine Elementarreaktion läuft auf atomarer Ebene genau so ab, wie die Reaktionsgleichung es vorgibt. Die meisten Reaktionen sind keine Elementarreaktionen, sondern besitzen einen Mechanismus - einer Abfolge von Elementarreaktionen, welche die Bruttoreaktion aufbauen. Bei Elementarreaktionen stimmt die Molekularität mit der Ordnung überein.