Chemie-LK · CL2 · Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht

Stoßtheorie-Box

Teilchen im Kasten: Temperatur und Konzentration regeln, wirksame Stöße zählen; Energieverteilung mit verschiebbarer Aktivierungsenergie und Katalysator.

So gehst du vor

1Beobachte die Teilchen A (blau) und B (rot). Ein grauer Ring ist ein Stoß A–B ohne Reaktion, ein oranger Stern ein wirksamer Stoß.
2Verändere die Teilchenzahlen (Konzentrationen) und die Temperatur und lies ab, wie viele Stöße und wirksame Stöße je Sekunde stattfinden.
3Verschiebe die Aktivierungsenergie (Regler oder schwarze Linie in der Energieverteilung), schalte den Katalysator und die Orientierung zu.
4Vergleiche in der Energieverteilung die Anteile über E_A bei T und bei T + 10 K: Daraus folgt die RGT-Regel.

Stöße A–B je s

0,0

wirksame je s

0,0

Mittel über die letzten 10 s. Bisher 0 Stöße A–B, davon 0 wirksam (0 %). Nach jeder Änderung beginnt die Zählung neu. Wirksame Stöße verbrauchen im Modell keine Teilchen, damit die Konzentrationen gleich bleiben.

Energieverteilung der Teilchen

━ T = 300 K╍ T + 10 K = 310 K

Maxwell-Boltzmann-Verteilung, berechnet wie im Skript: f(E) = 2 : √π · (RT)^−1,5 · √E · e^{−E : RT}. Gefärbt: Anteil der Teilchen, deren Energie mindestens E_A beträgt. Typische Aktivierungsenergien liegen bei 50 bis 100 kJmol; dann ist die Fläche so klein, dass der Ausläufer vergrößert gezeichnet wird. Im Kasten zählt die Energie der Stoßpartner entlang der Verbindungslinie (Modell in der Ebene), deshalb ist dort der Anteil wirksamer Stöße etwas kleiner als der gefärbte Anteil.

Einstellungen

Temperatur T

300 K

Teilchen A

Teilchen B

Aktivierungsenergie E_A

5,0 kJmol

Katalysator: anderer Reaktionsweg mit E_A = 60 % des Werts ohne (5,0 kJmol). Orientierung: Nur wenn B die helle Seite von A trifft, kann der Stoß wirksam sein.

Anteil der Teilchen mit E ≥ E_A bei 300 K: 26,0 %

bei 310 K: 27,5 %, also 1,05-mal so viel

Aufträge

Stelle E_A = 5 kJmol und T = 300 K ein. Verdopple erst die Zahl der Teilchen A, dann zusätzlich die Zahl der Teilchen B, und beobachte die Zahl der Stöße A–B je Sekunde. Begründe das Geschwindigkeitsgesetz r = k · c(A) · c(B).
Erhöhe die Temperatur von 300 K auf 600 K. Vergleiche, wie stark die Zahl aller Stöße und die Zahl der wirksamen Stöße zunimmt, und erkläre den Unterschied mit der Energieverteilung.
Stelle in der Energieverteilung E_A = 50 kJmol und T = 300 K ein. Lies den Faktor für 10 K mehr ab und vergleiche mit der Abschätzung im Skript. Untersuche, wie der Faktor von E_A abhängt, und erkläre damit die RGT-Regel.
Schalte den Katalysator ein (E_A = 50 kJmol, 300 K) und lies ab, wie stark der Anteil der Teilchen über der Schwelle zunimmt. Schalte im Kasten die Orientierung zu und erkläre, warum auch bei ausreichender Energie nicht jeder Stoß wirksam ist.

Theorie: Kapitel „Stoßtheorie: Konzentration und Temperatur“ und „Reaktionsgeschwindigkeit“ im Skript CL2 Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht, Katalyse auch in CL1 („Grenzen der energetischen Betrachtung“). Teilchen in Wärmebewegung: Brownsche Bewegung.