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Mechanismus einer Parallelreaktion (WEGSCHEIDERsches Prinzip) - Der schnellste Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend

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Title Mechanismus einer Parallelreaktion (WEGSCHEIDERsches Prinzip) - Der schnellste Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend
Title of Series Einführung in die Reaktionskinetik
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 10.5446/15626
Publisher SciFox
Release Date 2013
Language German
Production Year 2013
Production Place Jülich

Content Metadata

Subject Area Physics
Keywords Physikalische Chemie
Kinetik
Series
Annotations
Transcript
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Bei einer Parallelreaktion kann aus einem Reaktanten A sowohl ein Produkt B als auch ein Produkt C entstehen. Ethanol kann sich in einer Dehydrierung zersetzen zu Acetaldehyd oder in einer Dehydratisierung zu Ethylen. Wir können eine Parallelreaktion im mechanischen Modell veranschaulichen: A, B und C
sind drei Behälter. Wir entnehmen mit zwei verschiedenen Gefäßen Flüssigkeit aus Behälter A und transportieren sie in Behälter B und C.
Uns interessieren die Konzentrationen [A], [B] und [C], also die Flüssigkeitsstände in den Behältern in Abhängigkeit von der Größe des Transport-Gefäßes. Im einfachsten Fall
sind die beiden Teilreaktionen Erster Ordnung. Sowohl die "grüne" Reaktion
als auch die "rote" Reaktion stellen Senken für A dar. Die entsprechenden Teil-Geschwindigkeitsgesetze können wir kombinieren zum Geschwindigkeitsgesetz der Gesamtreaktion, d[A]/dt=-k[A]-k´[A] (welches hier formuliert ist) Durch Integration dieses Gleichung erhalten wir den zeitlichen Verlauf der Konzentrationen von [A], [B] und [C], der hier graphisch aufgetragen ist. Die Konzentration von [A] nimmt exponentiell auf Null ab die Konzentrationen von [B] und [C] streben exponentiell auf einen Grenzwert zu. Die Gleichungen für die Berechnung von [B] und [C] sehen zwar kompliziert aus, das Verhältnis der Konzentrationen [B]/[C] ist jedoch eine Konstante: [B]/[C]
= k/k´ (Geschwindigkeitskonstante k durch Geschwindigkeitskonstante k´) Das Verhältnis der Konzentrationen zweier Produkte einer Parallelreaktion ist konstant (WEGSCHEIDERsches Prinzip), die Selektivität ist unabhängig von der Reaktionszeit. Der Geschwindigkeits-bestimmende Schritt bei einer Parallelreaktion ist der schnellere Teilschritt. Der schnellere Teilschritt bestimmt das (kinetische) Hauptprodukt. Diesen Sachverhalt kann man am Reaktionsprofil diskutieren: die "rote" Teilreaktion zum Produkt
C ist schneller als die "grüne" Teilreaktion zu Produkt B. (die "rote" Aktivierungsenergie ist deutlich
niedriger als dir "grüne" Aktivierungsenergie) Kinetisch ist das Produkt C favorisiert. Kinetische Kontrolle heißt die Teilchen der Reaktanten besitzen einen Mangel an Energie und die Höhe des Aktivierungsberges bestimmt, welche Reaktion ablaufen kann. Kinetische Kontrolle
liegt vor bei - tiefen Temperaturen ("Kalt") - kurzen Reaktionszeiten ("Kurz") und wenn ein - Katalysator die Aktivierungsenergie der betreffenden Reaktion stark herabsetzt. Wenn die Reaktanten jedoch so energiereich sind, dass die Höhe der Energieberge
E(A) und E(A)´ keine Rolle
spielen, dann ist die Reaktion thermodynamisch kontrolliert. In diesem Fall bildet sich das thermodynamisch stabilste Produkt (niedrigste (Freie) Enthalpie) In unserem Beispiel ist das Produkt C am stabilsten. Thermodynamische Kontrolle finden wir bei - hohen Temperaturen und - langen Reaktionszeiten Bei kinetischer Kontrolle gilt das WEGSCHEIDERsche Prinzip: die schnellere Teilreaktion bestimmt das Endprodukt. Bei thermodynamischer Kontrolle erfolgt die Selektivität nach dem Massenwirkungsgesetz: das stabilere Produkt entsteht bevorzugt. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt
verschiedener Reaktionen findet eine Analogie in der Elektrotechnik: Eine Parallelreaktion ähnelt einer Parallelschaltung von zwei Widerständen. Hier bestimmt im Wesentlichen
der kleinste Widerstand den Gesamt- Widerstand. Demgegenüber ist eine Folgereaktion
mit einer Reihenschaltung zweier Widerstände vergleichbar. Hier bestimmt im Wesentlichen der größte Widerstand den Gesamt-Widerstand
(Zusammenfassung Parallelreaktion) Bei einer (kinetisch kontrollierten) Parallelreaktion bestimmt der schnellste Teilschritt die Gesamt-Kinetik. Nach dem WEGSCHEIDERschen Prinzip ist die Selektivität zu den Produkten während der Reaktion konstant. Bei einer thermodynamisch kontrollierten Reaktion entsteht bevorzugt das thermodynamisch stabilste Produkt.
Parallelreaktion
Ethanol
Parallelreaktion
Physical chemistry
Lecture/Conference
Dehydrogenation
Dehydration reaction
Acetaldehyde
Blood vessel
Lecture/Conference
Röt
Konzentration
Parallelreaktion
Activation energy
Reaction rate constant
Lecture/Conference
Röt
Activation energy
Lecture/Conference
Catalytic converter
Lecture/Conference
Law of mass action
Chemical reaction
Parallelreaktion
Antibiotic resistance
Lecture/Conference
Sukzessivreaktion
Parallelreaktion
Antibiotic resistance
Lecture/Conference
Kontrollierte Reaktion
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