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Lexikon der Geowissenschaften: Reaktionsrate

Reaktionsrate, chemische Reaktionen finden mit einer endlichen Geschwindigkeit statt, die von wenigen Nanosekunden bis Jahrtausende betragen kann ( Abb. 1). Überlegungen zur Kinetik einer Reaktion sind daher unverzichtbare Ergänzung zu thermodynamischen Ansätzen, insbesondere in offenen Systemen. Für eine schematisierte Reaktion:

A+2B→3C

kann die Reaktionsrate als Zunahme des Produktes C bzw. als Abnahme der Edukte A oder B über die Zeit definiert werden:

Rate=d{ C} /dt=-3d{ A} /dt=-3/2·d{ B} /dt,

mit { } =chemische Aktivität der Substanzen. Die Ordnung der Reaktion bezeichnet dabei die Abhängigkeit der Rate von der Aktivität der jeweiligen Substanz:

Rate=k·{ A} α·{ B} β·{ C} γ.

Die Ordnung der Gesamtreaktion ist dann die Summe der Potenzen α, β und γ. Die Ratenkonstante k (spezifische Rate) ist gleich der Reaktionsrate, wenn alle Reaktanden mit der Aktivität 1 vorliegen. Für eine einfache Reaktion A→B demonstriert Abb. 2 den Einfluß der Reaktionsordnung auf die Beziehungen von Aktivität und Zeit bzw. Aktivität und Reaktionsrate. Die Reaktionsrate ist stark abhängig von der Temperatur. Die Änderung der Reaktionskonstante k mit der Temperatur wird durch die Arrhenius-Gleichung beschrieben:



mit A=Konstante, Ea=Aktivierungsenergie, R=Gaskonstante, T=Temperatur. [TR]


Reaktionsrate 1: Vergleich der Raten verschiedener chemischer Reaktionen (ausgedrückt als Halbwertszeiten t1/2) und der Aufenthaltszeit von Wasser in verschiedenen Reservoiren der Hydrosphäre. Reaktionsrate 1:

Reaktionsrate 2: Einfluß der Reaktionsordnung auf die Aktivitätsänderung mit der Zeit und die Beziehung der Reaktionsrate zur Aktivität des Ions A für die schematische Reaktion A→B. Reaktionsrate 2:
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