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Chemie · Chemisches Gleichgewicht
Der Energieberg einer Reaktion: Aktivierungsenergie, Übergangszustand und Stoßmodell, Eₐ von Hin- und Rückreaktion aus dem Diagramm ablesen und die Arrhenius-Gleichung für den Einfluss von Temperatur und Eₐ auf k.
Auch eine Reaktion, die Energie freisetzt, braucht einen Anschub: die Aktivierungsenergie Eₐ. Je niedriger der Berg, desto schneller die Reaktion. ΔH ändert daran nichts.
Im Energiediagramm steht die Enthalpie H auf der y-Achse, der Reaktionsverlauf auf der x-Achse. Die Kurve steigt von den Edukten zu einem Gipfel und fällt zu den Produkten ab.
Eₐ ist der Abstand von den Edukten bis zum Gipfel und immer positiv. Stell dir einen Hügel vor: Du musst mit dem Fahrrad hinauf, bevor du auf der anderen Seite hinunterrollst, auch wenn das Tal dahinter tiefer liegt.
Der Gipfel ist der Übergangszustand (aktivierter Komplex). Er ist das Energiemaximum, extrem kurzlebig und kein Zwischenprodukt: Alte Bindungen lösen sich, neue entstehen gleichzeitig.
Nicht jeder Zusammenstoß führt zur Reaktion. Effektiv ist nur ein Stoß mit mindestens Eₐ an Energie und passender Orientierung. Alle anderen Teilchen prallen unverändert ab. Bei höherer Temperatur erreichen mehr Teilchen Eₐ.
Ein metastabiler Zustand liegt in einer Mulde: stabil gegen kleine Störungen, aber nach genug Anschub fällt er tiefer. Diamant ist metastabil gegenüber Graphit, ein Knallgasgemisch bleibt bis zum Funken unverändert.
Die Rückreaktion muss den Berg von der anderen Seite erklimmen. Ihr Eₐ ist der Abstand von den Produkten bis zum Gipfel. Ablesen geht in drei Schritten:
Beispiel: Edukte 40, Gipfel 120, Produkte 10 kJ/mol. Dann ist Eₐ(Hin) = 80, ΔH = −30 (exotherm) und Eₐ(Rück) = 110 kJ/mol. Bei einer exothermen Reaktion ist die Rückreaktion also immer die schwerere.
k = A · e−Eₐ/(R·T)A Frequenzfaktor, R Gaskonstante, T in Kelvin
Ein kleineres Eₐ oder ein größeres T macht k größer. Der Zusammenhang ist exponentiell: Verdoppelst du T, wird k nicht doppelt so groß. Bei hohem Eₐ wächst k mit der Temperatur relativ stärker. A beschreibt Stoßhäufigkeit und Orientierung.
ΔH kommt in der Gleichung nicht vor. Ein Katalysator senkt Eₐ für beide Richtungen und lässt ΔH unverändert.
→ Ausführlich in: Katalysator und Exotherm, endotherm
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeOrdne Edukte, Produkte, Übergangszustand, Aktivierungsbarriere und ΔH zu. Vergleiche dann beide Wege: Welche Größe senkt der Katalysator, welche Niveaus bleiben gleich?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeErhöhe die Temperatur und verringere EA. Beobachte, wie k auf der logarithmischen Achse steigt, und vergleiche den Verlauf mit der Referenz bei 80 kJ/mol.
