Fachliche Einführung

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Damit eine chemische Reaktion ablaufen kann, müssen unter anderem die Teilchen der Edukte beim Zusammenstoß eine Mindestenergie mitbringen: die Aktivierungsenergie E_A. Sie ist die Energiedifferenz zwischen dem Ausgangszustand und dem energiereichsten Punkt der Reaktion, dem Übergangszustand. Man kann also sagen, dass die Teilchen beim Stoß nur dann die Aktivierungsenergiebarriere überwinden können, wenn die kinetische Energie der jeweiligen Teilchen groß genug ist.

Ob bei einer Reaktion insgesamt Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben (exotherm, ΔH < 0) oder aufgenommen (endotherm, ΔH > 0) wird, ist davon unabhängig. Wie viele Teilchen die nötige Energie tatsächlich besitzen, zeigt vereinfacht die Boltzmann-Verteilung — und damit auch, warum Temperaturerhöhung und Katalysatoren Reaktionen beschleunigen (vgl. Kinetik-Aktivität — in Vorbereitung).

So funktioniert die Simulation: Alle vier Ansichten sind gekoppelt. Die Aktivierungsenergie aus Diagramm A bestimmt die rote Fläche in Diagramm B und die reaktiven Teilchen in Ansicht D.

Energiediagramm

Energie entlang der Reaktionskoordinate

Energieniveau Edukte {{ e1 }}

Energieniveau Produkte {{ e2 }}

Aktivierungsenergie Eₐ {{ eaEff }}

Katalysator anzeigen {{ dhBadgeText }}

Boltzmann-Verteilung

Verteilung der kinetischen Energie der Teilchen

Temperatur in K {{ temp }} K

Teilchen mit Eₖᵢₙ ≥ Eₐ: {{ fracLabel }}

mit Katalysator: {{ fracCatLabel }}

Potenzialfläche (3D)

Reaktionspfad über die Energie-Hyperfläche — der Punkt wandert auch in Diagramm A

Reaktionskoordinate {{ tLabel }}

Ansicht drehen {{ rotLabel }}

Teilchensimulation

Teilchenbewegung und Stöße bei der eingestellten Temperatur

Temperatur in K {{ temp }} K

Eₖᵢₙ < Eₐ Eₖᵢₙ ≥ Eₐ (reaktionsfähig) erfolgreicher Stoß

Arbeitsaufträge

Bearbeite die Aufgaben in deinem Heft — zum Auf- und Zuklappen tippen.

1

Stelle in Diagramm A eine exotherme Reaktion ein (Produkte energieärmer als Edukte). Skizziere das Diagramm und beschrifte E_A, ΔH und den Übergangszustand.
2

Schiebe das Energieniveau der Produkte über das der Edukte. Beschreibe, wie sich E_A und ΔH verändern, und erkläre den Begriff endotherme Reaktion.
3

Vergleiche in Diagramm B den Anteil reaktionsfähiger Teilchen (rote Fläche) bei 300 K und bei 800 K. Formuliere daraus eine Begründung für die RGT-Regel.
4

Aktiviere den Katalysator. Erkläre mithilfe der Diagramme A und B, warum ein Katalysator die Reaktion beschleunigt, ohne ΔH zu verändern.
5

Bewege den Punkt in Ansicht C entlang der Reaktionskoordinate. Beschreibe den Zusammenhang zwischen dem Talweg auf der Potenzialfläche und der Kurve in Diagramm A.
6

Beobachte die Teilchensimulation D bei 250 K und bei 900 K. Beschreibe, wie sich Teilchengeschwindigkeit und Zahl der erfolgreichen Stöße ändern.