Die Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel
wurde um 1885 von JACOBUS HENRICUS VAN´T
HOFF aufgestellt. Er lebte von 1852 bis 1911 und erhielt 1901 den
ersten Nobelpreis für Chemie.
Diese Regel beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit
und der Temperatur. Zwischen ihnen besteht eine exponentielle
Abhängigkeit: Mit
steigender Temperatur nimmt
auch die Geschwindigkeit der Reaktion stark zu.
Für viele chemische und physiologische Reaktionen gilt diese Faustregel.
RGT-Regel
Die RGT-Regel besagt, dass sich
die Reaktionsgeschwindigkeit
einer chemischen Reaktion bei einer Temperaturerhöhung um 10 K (Kelvin) bzw. 10 °C (Grad Celsius) verdoppelt bis vervierfacht.
Der Faktor ist aber nur ein Durchschnittswert. Bei einigen Reaktionen
muss sich die Temperatur um 20 bis 30 °C erhöhen, damit sich
die Geschwindigkeit verdoppelt, bei anderen Reaktionen reicht eine Temperaturerhöhung
von 5 °C. Bei anderen Reaktionen nimmt die Geschwindigkeit mit steigender
Temperatur ab. Es sind also auch viele Ausnahmen bekannt. Die RGT-Regel
gilt bei vielen Prozessen nur im mittleren Temperaturbereich.
Die Stoßtheorie
Die Stoßtheorie erklärt die Arten der Zusammenstöße.
Man unterscheidet zwischen dem unwirksamen (elastischen) und dem wirksamen (unelastischen) Zusammenstoß,
wobei der unwirksame Zusammenstoß zu keiner Reaktion führt,
da die Teilchen nach dem Zusammenprall wieder auseinandergehen. Für
das wirksame Zusammentreffen von Teilchen müssen einige Bedingungen
erfüllt werden.
Die Teilchen müssen eine günstige räumliche Lage zueinander
haben, das bedeutet, dass die reaktiven Zentren beim Stoß zusammentreffen
müssen.
Außerdem ist eine bestimmte Mindestenergie der Teilchen erforderlich.
Sie muss beim Ablauf einer Reaktion für das Auflockern und Lösen
der bestehenden Bindungen in den Ausgangsstoffen und zur Bildung neuer
chemischer Bindungen aufgewendet werden. Man nennt diese Energie die Aktivierungsenergie.
Sie wird bei zusammenstoßenden Teilchen von der kinetischen Energie
aufgebracht. Die Energie der Teilchen muss also größer sein
als die Aktivierungsenergie.
Die Teilchen besitzen bei einer gegebenen Temperatur nicht alle die gleiche kinetische Energie, sondern weisen eine Energieverteilung auf. Diese ist temperaturabhängig. Je höher die Temperatur, desto höher ist der Anteil der Teilchen mit einer kinetischen Energie oberhalb der Mindestenergie. Damit kommt es bei höheren Temperaturen zu mehr wirksamen Zusammenstößen.
Die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch weitere Faktoren beeinflusst werden:
- Konzentration der Ausgangsstoffe (Anzahl der Teilchen pro Volumen),
- Druck und
- Vorhandensein von Katalysatoren.