Home Physical Sciences 4. Kinetik und Elektrochemie
Chapter
Licensed
Unlicensed Requires Authentication

4. Kinetik und Elektrochemie

Become an author with De Gruyter Brill
Explore this Subject How to publish with us
Physikalische Chemie
This chapter is in the book Physikalische Chemie
4 Kinetik und ElektrochemieChemische Reaktionen streben ein Gleichgewicht an, dessen Lage durch die Thermo-dynamik vorhersagbar ist. Wir wissen aber noch nicht, wie und wie schnell sich dasGleichgewicht einstellt.Die Zielsetzung der Kinetik ist die Aufklärung des Reaktionsmechanismus. Manuntersucht den zeitlichen Verlauf der Einstellung des Gleichgewichts, mit dem Ziel,die Elementarschritte der Reaktion aufzuklären. Dies ist eine spannende Detektiv-arbeit, die Elemente aus allen Gebieten der Chemie erfordert.4.1 Ebenen des Verständnisses einer chemischen ReaktionWir betrachten als Beispiel eine Gasphasenreaktion bei hohen Temperaturen; denUmsatz von Wasser mit Kohlenmonoxid:– Die Bruttoreaktion lautet: H2O+CO⇔H2+CO2– Die chemische Thermodynamik beschreibt die Gleichgewichtslage. Das Massen-wirkungsgesetz legteine druck- und temperaturabhängige KonstanteK(p,T)fest:K(p,T)=k∏i=1[ai]𝜈i≈[p(H2)][p(CO2)][p(H20)][p(CO)](4.1)Die Analyse von thermodynamischen Daten erlaubt es, die Reaktionsbedingun-gen zu bestimmen, bei denen man die größte Ausbeute der Produkte zu erwar-ten hat. Das Wasser–Gas-Gleichgewicht verschiebt sich bei höheren Temperatu-ren auf die Seite der Produkte (K=0,7 bei 1000K,K=4,7 bei 2000K)– In der Formalkinetik misst man die Änderungen der Konzentration als Funkti-on der Zeit und modelliert den Umsatz mathematisch. Aus den experimentellenDaten ergeben sich phänomenologische Zeitgesetze. In systematischen Untersu-chungen verändert man auch diverse Prozessvariablenwie die TemperaturToderden Druckp. Häufig nutzt man spektroskopische Verfahren, die detaillierte Ein-blicke in den Mechanismus liefern.– Der nächste Schritt des Verständnisses ist die Aufklärung des reaktiven Stoßpro-zesses. Die Wassergasreaktion ist eine Radikalreaktion. In einem ersten Schrittentstehen aus Wasser zwei Radikale, die eine Kettenreaktion einleiten:H2O+⋅H󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀→󳨀󳨀󳨀→⋅OH + H2CO +⋅OH󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀→󳨀󳨀󳨀→⋅H+CO2H2O+CO󳨀󳨀󳨀⇀↽󳨀󳨀󳨀CO2+H2oderH2O󳨀󳨀󳨀→OH⋅+H⋅CO +⋅OH󳨀󳨀󳨀→CO2+H⋅H⋅+⋅H󳨀󳨀󳨀→H2H2O+CO󳨀󳨀󳨀⇀↽󳨀󳨀󳨀CO2+H2

4 Kinetik und ElektrochemieChemische Reaktionen streben ein Gleichgewicht an, dessen Lage durch die Thermo-dynamik vorhersagbar ist. Wir wissen aber noch nicht, wie und wie schnell sich dasGleichgewicht einstellt.Die Zielsetzung der Kinetik ist die Aufklärung des Reaktionsmechanismus. Manuntersucht den zeitlichen Verlauf der Einstellung des Gleichgewichts, mit dem Ziel,die Elementarschritte der Reaktion aufzuklären. Dies ist eine spannende Detektiv-arbeit, die Elemente aus allen Gebieten der Chemie erfordert.4.1 Ebenen des Verständnisses einer chemischen ReaktionWir betrachten als Beispiel eine Gasphasenreaktion bei hohen Temperaturen; denUmsatz von Wasser mit Kohlenmonoxid:– Die Bruttoreaktion lautet: H2O+CO⇔H2+CO2– Die chemische Thermodynamik beschreibt die Gleichgewichtslage. Das Massen-wirkungsgesetz legteine druck- und temperaturabhängige KonstanteK(p,T)fest:K(p,T)=k∏i=1[ai]𝜈i≈[p(H2)][p(CO2)][p(H20)][p(CO)](4.1)Die Analyse von thermodynamischen Daten erlaubt es, die Reaktionsbedingun-gen zu bestimmen, bei denen man die größte Ausbeute der Produkte zu erwar-ten hat. Das Wasser–Gas-Gleichgewicht verschiebt sich bei höheren Temperatu-ren auf die Seite der Produkte (K=0,7 bei 1000K,K=4,7 bei 2000K)– In der Formalkinetik misst man die Änderungen der Konzentration als Funkti-on der Zeit und modelliert den Umsatz mathematisch. Aus den experimentellenDaten ergeben sich phänomenologische Zeitgesetze. In systematischen Untersu-chungen verändert man auch diverse Prozessvariablenwie die TemperaturToderden Druckp. Häufig nutzt man spektroskopische Verfahren, die detaillierte Ein-blicke in den Mechanismus liefern.– Der nächste Schritt des Verständnisses ist die Aufklärung des reaktiven Stoßpro-zesses. Die Wassergasreaktion ist eine Radikalreaktion. In einem ersten Schrittentstehen aus Wasser zwei Radikale, die eine Kettenreaktion einleiten:H2O+⋅H󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀→󳨀󳨀󳨀→⋅OH + H2CO +⋅OH󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀󳨀→󳨀󳨀󳨀→⋅H+CO2H2O+CO󳨀󳨀󳨀⇀↽󳨀󳨀󳨀CO2+H2oderH2O󳨀󳨀󳨀→OH⋅+H⋅CO +⋅OH󳨀󳨀󳨀→CO2+H⋅H⋅+⋅H󳨀󳨀󳨀→H2H2O+CO󳨀󳨀󳨀⇀↽󳨀󳨀󳨀CO2+H2

Chapters in this book

  1. Frontmatter i
  2. Vorwort v
  3. Hinweise zur Benutzung vi
  4. Über die Autoren vii
  5. Inhalt ix
  6. 1. Phänomenologische Thermodynamik 1
  7. 2. Aufbau der Materie 119
  8. 3. Statistische Thermodynamik 231
  9. 4. Kinetik und Elektrochemie 293
  10. Anhang Mathematischer Leitfaden 334
  11. Danksagung 354
  12. Sachwortregister 355
Readers are also interested in:
https://doi.org/10.1515/9783110348781.293

Chapters in this book

  1. Frontmatter i
  2. Vorwort v
  3. Hinweise zur Benutzung vi
  4. Über die Autoren vii
  5. Inhalt ix
  6. 1. Phänomenologische Thermodynamik 1
  7. 2. Aufbau der Materie 119
  8. 3. Statistische Thermodynamik 231
  9. 4. Kinetik und Elektrochemie 293
  10. Anhang Mathematischer Leitfaden 334
  11. Danksagung 354
  12. Sachwortregister 355
Sign up now to receive a 20% welcome discount
Institutional Access
How does access work?
Have an idea on how to improve our website?
Please write us.
© 2025 De Gruyter Brill
Downloaded on 23.9.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.1515/9783110348781.293/html?licenseType=restricted&srsltid=AfmBOortPWC-ydXJvjVNL3GeRGukFuWUj7Ou89YxxxERiDKv_5jkYJ0P
Scroll to top button