Reaktionsgeschwindigkeit – Stoßmodell (Konzentration, Temperatur, Katalysator, Oberfläche)

ChemieKinetik und GleichgewichtAlter 15–16

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Gasteilchen A stoßen mit dem Feststoff B (Block oder Pulver) zusammen; nur Zusammenstöße mit ausreichender Aktivierungsenergie bilden das Produkt C. Das Diagramm der C-Teilchen über die Zeit behält die Kurve des vorigen Durchlaufs, sodass Sie vergleichen können, wenn Sie die Konzentration von A erhöhen, die Temperatur steigern (Arrhenius, RGT-Regel), einen Katalysator zugeben oder B zu Pulver zerkleinern; mittlere Geschwindigkeit und Wahrscheinlichkeit wirksamer Zusammenstöße werden live aktualisiert. Zwei weitere Ansichten zeigen die Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung mit verschiebbarer Ea-Linie (farbiger Anteil mit E ≥ Ea bei zwei Temperaturen, mit oder ohne Katalysator) und ein Arrhenius-Diagramm ln k gegen 1/T, um Ea aus der Steigung zu bestimmen.

Lektion: Einflussfaktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit

Was sie zeigt

Die Stoßtheorie erklärt die Reaktionsgeschwindigkeit auf Teilchenebene: Teilchen müssen zusammenstoßen, und nur Stöße mit mindestens der Aktivierungsenergie Ea führen zu Produkten. Eine höhere Konzentration macht Stöße häufiger, Pulverisieren eines Feststoffs vergrößert die Oberfläche, und ein Katalysator bietet einen Weg mit geringerer Ea. Die Ansicht Energieverteilung zeigt, warum die Temperatur so stark wirkt: Die Maxwell-Boltzmann-Kurve wird flacher und reicht zu höheren Energien, während ihre Fläche gleich bleibt, sodass der Anteil mit E ≥ Ea stark steigt. Die Ansicht Arrhenius-Diagramm verknüpft das mit der Geschwindigkeitskonstante k = A·e^(−Ea/RT) und bestimmt Ea aus der Steigung von ln k gegen 1/T.

So funktioniert es

Starten Sie unter Teilchen mit den Standardeinstellungen, klicken Sie auf Zurücksetzen (Kurve bleibt) und ändern Sie einen Faktor, etwa T +10 °C oder den Katalysator, um die Steigung mit der grauen Kurve zu vergleichen. Verschieben Sie unter Energieverteilung den Ea-Regler oder ziehen Sie über das Diagramm, aktivieren Sie Mit T₂ vergleichen und vergleichen Sie die farbigen Anteile. Klicken Sie im Arrhenius-Diagramm bei mehreren Temperaturen auf k bei T messen und lesen Sie Ea an der Ausgleichsgeraden ab.

Einstellbare Parameter

Anzahl der A-Teilchen (Konzentration) 10–80 Teilchen
Temperatur 0–100 °C
Katalysator vorhanden
Form des Feststoffs B Block (kleine Oberfläche), Pulver (große Oberfläche)
Ansicht Teilchen, Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung, Arrhenius-Diagramm (ln k gegen 1/T)
Aktivierungsenergie Ea (ohne Katalysator) 10–100 kJ/mol
Vergleichstemperatur T₂ 0–500 °C
Kurve bei T₂ zusätzlich zeichnen

Fragen zum Erkunden

Warum verbrennt Kohlenstaub viel schneller als ein Kohlestück gleicher Masse?
Eine höhere Temperatur erhöht die Geschwindigkeit aus zwei Gründen. Welche sind das, und welcher wiegt schwerer?
Wird der Katalysator bei der Reaktion verbraucht, und wie beschleunigt er die Bildung von C?

Ideen für den Unterricht

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