2.1 : Chemische Reaktionen

Eine ausgeglichene chemische Gleichung liefert Informationen über die chemischen Formeln der an der chemischen Veränderung beteiligten Reaktanten und Produkte. Die Stöchiometrie einer Reaktion hilft dabei, vorherzusagen, wie viel des Reaktanten benötigt wird, um die gewünschte Produktmenge zu produzieren, oder in manchen Fällen, wie viel Produkt aus einer bestimmten Menge des Reaktanten gebildet wird.

Die relativen Mengen an Reaktanten und Produkten, die in einer ausgewogenen chemischen Gleichung dargestellt werden, werden oft als stöchiometrische Mengen bezeichnet. In der Realität liegen die Reaktanten jedoch nicht immer in den stöchiometrischen Mengen vor, die in der ausgeglichenen Gleichung angegeben sind.

Bei einer chemischen Reaktion ist der Reaktant, der zuerst verbraucht wird und die Menge des gebildeten Produkts begrenzt, der limitierende Reaktant, während die andere Substanz zum überschüssigen Reaktanten wird. Um die vollständige Umwandlung des anderen Reaktanten in das Produkt sicherzustellen, wird häufig ein Überschuss eines oder mehrerer Reaktanten verwendet.

Betrachten Sie die Reaktion zur Bildung von Wasser, dargestellt durch die Gleichung:

Die Stöchiometrie zeigt an, dass zwei Mol Wasserstoff und ein Mol Sauersubstanz unter Bildung von zwei Mol Wasser reagieren; das heißt, Wassersubstanz und Sauersubstanz verbinden sich im Verhältnis 2:1.

Stellen Sie sich vor, es wären 5 Mol Wassersubstanz und 2 Mol Sauersubstanz vorhanden. Das Verhältnis der Reaktanten beträgt nun 5:2 (oder 2,5:1), was größer ist als das stöchiometrische Verhältnis von 2:1. Wassersubstanz ist daher im Überschuss vorhanden und Sauersubstanz ist der limitierende Reaktant. Durch die Reaktion des gesamten bereitgestellten Sauersubstanzen (2 Mol) werden 4 Mol der bereitgestellten 5 Mol Wassersubstanz verbraucht, sodass 1 Mol Wassersubstanz nicht umgesetzt wird. Die Berechnung der molaren Mengen jedes bereitgestellten Reaktanten und deren Vergleich mit den in der ausgeglichenen chemischen Gleichung dargestellten stöchiometrischen Mengen ist eine Möglichkeit, die limitierenden und überschüssigen Reaktanten zu identifizieren.

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist die Änderung der Menge eines Reaktanten oder Produkts pro Zeiteinheit. Die Reaktionsgeschwindigkeiten werden daher durch Messung der Zeitabhängigkeit einer Eigenschaft bestimmt, die mit den Mengen an Reaktanten oder Produkten in Verbindung gebracht werden kann.

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion kann in einem Diagramm als Variation der Konzentrationen von Reaktanten und Produkten als Funktion der Zeit dargestellt werden.

Eine reversible chemische Reaktion stellt einen chemischen Prozess dar, der sowohl in Vorwärtsrichtung (von links nach rechts) als auch in Rückwärtsrichtung (von rechts nach links) abläuft. Der Status einer reversiblen Reaktion lässt sich bequem durch Auswertung ihres Reaktionsquotienten (Q) beurteilen. Für eine reversible Reaktion beschrieben durch

Der Reaktionsquotient wird direkt aus der Stöchiometrie der ausgeglichenen Gleichung abgeleitet

wobei der Index c die Verwendung molarer Konzentrationen im Ausdruck bezeichnet.

Wenn die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion gleich sind, bleiben die Konzentrationen der Reaktanten- und Produktspezies über die Zeit konstant und das System befindet sich im Gleichgewicht. Ein spezieller Doppelpfeil wird verwendet, um die Reversibilität der Reaktion hervorzuheben.

Dieser Text ist adaptiert aus OpenStax Chemistry 2e, Abschnitt 4.3: Reaction Stoichiometry; Abschnitt 4.4: Reaction Yield; Abschnitt 12.1: Chemical Reaction Rates; Abschnitt 13.1 Chemical Equilibria, Abschnitt 13.2 Equilibrium Constants.