Was ist chemische Kinetik?
Unter chemischer Kinetik versteht man das Studium chemischer Reaktionen und wie sie sich unter verschiedenen Bedingungen ändern. Die primäre Bestimmung der Auswirkungen einer chemischen Reaktion liegt meist außerhalb der tatsächlichen Zusammensetzung des Stoffes. Die chemische Kinetik untersucht diese Bedingungen, um festzustellen, wie und warum eine Reaktion so abläuft. Die Hauptanwendung für die Wissenschaft ist die Erzeugung effizienter, zerstörungsfreier und vergiftungsfreier Reaktionen für den Einsatz in der Produktion, der Materialverarbeitung und der pharmazeutischen Industrie. Der Großteil dieses Bereichs ist jedoch reine Wissenschaft und Forschung.
Die Basismethoden und Reaktionen während einer chemischen Reaktion werden von der Chemikalie selbst bestimmt. Unabhängig von den Bedingungen reagieren einige Materialien nicht mit anderen Chemikalien oder Umweltfaktoren. Dies bildet die Basislinie für die chemische Kinetik. Sobald eine Reaktion in einer kontrollierten Umgebung verstanden wurde, können Änderungen der Reaktion direkt auf Änderungen der Versuchsbedingungen zurückgeführt werden.
Neben dem tatsächlichen Ausgangsstoff spielen der Zustand und die Konzentration des Stoffes eine wichtige Rolle für die chemische Kinetik. Diese beiden Faktoren stehen in direktem Zusammenhang mit dem Zustand des Ausgangsmaterials und nicht mit der Umgebung. Der Zustand des Materials bezieht sich darauf, ob es sich um einen Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas handelt. Die Konzentration ist die Menge des Reaktanten im Vergleich zu einer anderen Substanz oder einem anderen Volumen. Dies kann ausgedrückt werden als "Teile pro 1000 Teile X-Chemikalie" oder als Prozentsatz des im Versuchsbereich verwendeten Raums.
Die Konzentration von Material ist aus zwei Gründen für die chemische Kinetik von großer Bedeutung. Erstens tritt die Reaktion umso schneller auf, je größer die Menge der Reaktanten ist. Dies war einer der ersten großen Durchbrüche auf diesem Gebiet und wird oft als Geburtsort der Disziplin angesehen. Der zweite Haupteffekt betrifft die chemische Wechselwirkung. Wenn die Konzentration von zwei Reaktanten innerhalb einer dritten nicht reaktiven Substanz sehr gering ist, dauert es merklich lange, bis die beiden Reaktanten tatsächlich aufeinander treffen.
Neben den physikalischen Eigenschaften des Materials spielt auch die Umwelt eine wichtige Rolle bei der chemischen Kinetik. Umgebungsfaktoren hängen im Allgemeinen von Temperatur und Druck ab. Mit steigender Temperatur nehmen die Reaktanten Wärmeenergie auf und bewegen sich schneller. Dadurch können sie häufiger miteinander interagieren, was die Reaktion beschleunigt. In ähnlicher Weise bewirkt ein höherer Druck, dass mehr Aktionen auf kleinerem Raum stattfinden, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Reaktanten aufeinander treffen.
Der letzte große Teil der chemischen Kinetik besteht in der Verwendung von Katalysatoren. Diese Chemikalien von Drittanbietern verändern die Art und Weise, wie die Reaktion abläuft, ohne das Endergebnis der Reaktion zu verändern. Ein Katalysator interagiert mit einem oder mehreren Reaktanten und verändert deren Verhalten. Dies bedeutet normalerweise, dass sie an Energie zunehmen, sich schneller bewegen, mehr interagieren und die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Um ein Katalysator und kein Reaktant zu sein, muss das katalysierende Material während der Reaktion unverändert bleiben.