Kemische Reaktionen
Kemische Reaktionen zwischen Elementen, Atomen und Molekülen sind ein wesentlicher Bestandteil des Universums, aus dem Verbindungen und Materialien entstehen, die sowohl der Menschheit dienen als auch schädlich sein können. Eine chemische Reaktion beschreibt das Zusammenwirken von zwei oder mehr Atomen eines Elements oder das Zusammenspiel von Atomen in Molekülen in allen flüssigen, gasförmigen und festen Zuständen. Dies geschieht durch das Brechen bestehender Bindungen zwischen Atomen und Molekülen und das Bilden neuer Bindungen, was zu Verbindungen führt, die sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften von den Ausgangsstoffen unterscheiden.
Die chemische Gleichung für jede chemische Reaktion lautet: Ausgangsstoffe —–> Produkte. Chemische Reaktionen können anhand der Zeitdauer, die sie in Anspruch nehmen, wie folgt eingeteilt werden:
- Schnelle Reaktionen: Diese enden augenblicklich, sobald die Ausgangsstoffe miteinander reagieren und unmittelbar die Produkte erzeugen, ohne äußeres Eingreifen.
- Langsame Reaktionen: Diese enden nicht einfach mit dem Zusammentreffen der Ausgangsstoffe, sondern benötigen eine längere Zeitspanne, in der die Schritte der Reaktion mit bloßem Auge verfolgt werden können. Oft erfordert es äußeres Eingreifen, damit die Reaktion stattfindet.
Die Rolle der kinetischen Faktoren
Kinetische Faktoren sind alle Materialien oder physikalischen bzw. chemischen Einflüsse, die nicht Teil des chemischen Reaktionssystems sind, aber hinzugefügt werden, um den chemischen Prozess zu beschleunigen. Ziel ist es, die Zeit für die Umwandlung zu minimieren und den Ertrag in kürzester Zeit zu maximieren.
Wichtige kinetische Faktoren, die chemische Reaktionen beeinflussen
- Konzentration der Ausgangsstoffe: Eine Erhöhung der Konzentration der flüssigen oder festen Ausgangsstoffe beschleunigt die Reaktion und reduziert die Zeit. Bei gasförmigen Stoffen hingegen führt ein höherer Druck zu einer Verringerung des Gasvolumens und somit zu einer schnelleren Reaktion.
- Zustand der Ausgangsstoffe: Je feiner die festen Ausgangsstoffe zerkleinert sind, desto schneller verläuft die Reaktion. Ein pulverförmiger Stoff reagiert schneller als die gleiche Substanz in Form von Kristallen oder großen Partikeln.
- Temperatur: In ihrer Natur können chemische Reaktionen exotherm oder endotherm sein. Eine Erhöhung der Temperatur als externer Einfluss erhöht jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit und verringert die Zeit.
- Licht: Licht beeinflusst bestimmte Reaktionen, die aus lichtempfindlichen Materialien bestehen, ganz gleich, ob es sich um Sonnenlicht oder Licht aus verschiedenen Lampen handelt. Licht sorgt für eine verstärkte Spaltung der Bindungen in den Reaktanten und das Bilden neuer Bindungen. Einige Reaktionen können ohne Licht als Katalysator für die Reaktionsgeschwindigkeit, wie die Photosynthese in grünen Pflanzen, nicht stattfinden.
- Zusatz chemischer Substanzen: Diese werden als Katalysatoren bezeichnet, da sie die Reaktion anregen und aktivieren. Sie tragen zur Erhöhung der Geschwindigkeit und zur Spaltung der Bindungen bei. Beispiele für solche Stoffe sind Cadmium, Platin, Sauerstoff und Kaliumpermanganat. Es ist wichtig zu beachten, dass jeder chemischen Reaktion spezifische Katalysatoren zugeordnet werden, die möglicherweise nicht für andere Reaktionen verwendet werden können.
- Rühren: Das Mischen, Schütteln und Umwälzen erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit.