Physik und Chemie Klasse 8: Reaktionsgeschwindigkeit und die Faktoren, die sie ändern
Physik und Chemie, Klasse 8 (Portugal): Wie schnell ein Edukt verschwindet oder ein Produkt entsteht, und wie Konzentration, Temperatur, Zerteilungsgrad und Katalysator eine Reaktion beschleunigen oder bremsen.
Schnelle und langsame Reaktionen
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion gibt an, wie schnell ein Edukt verschwindet oder ein Produkt entsteht. Eine schnelle Reaktion, etwa bei einer Brausetablette oder einem Feuerwerk, verbraucht Edukt in Sekunden; eine langsame, etwa Rost an einem Nagel, dauert Wochen oder Monate. Man misst sie, indem man eine Größe über die Zeit verfolgt: eine Masse, die abnimmt, ein Gasvolumen, das wächst, eine Farbe, die sich ändert.
Vier Faktoren
Damit Stoffe reagieren, müssen ihre Teilchen zusammenstoßen. Je mehr wirksame Zusammenstöße pro Sekunde, desto schneller die Reaktion. Höhere Konzentration: mehr Teilchen pro Volumen, also mehr Stöße. Höhere Temperatur: schnellere Teilchen, also häufigere und stärkere Stöße. Feinerer Zerteilungsgrad (Pulver statt Block): mehr Oberfläche. Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Reaktion beschleunigt, ohne dabei verbraucht zu werden.
Eine Tabelle von Gasvolumen lesen
Eine Brausetablette setzt Gas in einen umgestülpten Messzylinder frei: 0 s, 0 mL; 30 s, 24 mL; 60 s, 40 mL; 90 s, 50 mL. Mittlere Geschwindigkeit = Volumenänderung ÷ Zeit. Von 0 bis 30 s: 24 ÷ 30 = 0,80 mL/s. Von 30 bis 60 s: 16 ÷ 30 ≈ 0,53 mL/s. Von 60 bis 90 s: 10 ÷ 30 ≈ 0,33 mL/s. Die Geschwindigkeit sinkt, während das Edukt verbraucht wird. Mit zerstoßener Tablette erschiene dasselbe Volumen früher: feinerer Zerteilungsgrad.
Schneller heißt nicht „mehr Produkt“
Viele glauben, dass Erwärmen oder ein Katalysator die Reaktion „mehr ergeben“ lässt. Das stimmt nicht: Die größtmögliche Produktmenge hängt davon ab, wie viel Edukt da ist. Die Faktoren ändern nur, wie lange die Reaktion dauert. Ein Katalysator ist kein Edukt, wird nicht verbraucht und ändert die Produktmenge nicht; er beschleunigt nur. Eine ganze und eine zerstoßene Tablette setzen dasselbe Endvolumen Gas frei, die zerstoßene aber schneller.
Vom Kühlschrank bis zum Auspuff
Wir lagern Lebensmittel im Kühlschrank, um die Reaktionen zu bremsen, die sie verderben: niedrigere Temperatur, langsamere Reaktionen. In der Luft schwebender Mehlstaub kann sich heftig entzünden, weil so viel Oberfläche frei liegt; deshalb kontrollieren Mühlen und Getreidesilos ihn. Der Abgaskatalysator eines Autos beschleunigt die Umwandlung von Schadgasen wie Kohlenstoffmonoxid in weniger schädliche Gase, ohne verbraucht zu werden.
Teste, was du gelernt hast
Welche Messung gibt die Geschwindigkeit einer Reaktion an?
- a) Wie schnell ein Edukt verbraucht wird oder ein Produkt entsteht, etwa mL Gas pro Sekunde
- b) Die Gesamtmenge an Produkt am Ende
- c) Die Temperatur zu Beginn
Richtige Antwort: a) Wie schnell ein Edukt verbraucht wird oder ein Produkt entsteht, etwa mL Gas pro Sekunde — Richtig: Die Geschwindigkeit ist die Änderung einer Größe geteilt durch die benötigte Zeit.
Eine Reaktion setzt Gas frei: 0 s, 0 mL; 20 s, 30 mL; 40 s, 50 mL. Wie groß ist die mittlere Geschwindigkeit zwischen 20 s und 40 s?
- a) 1,25 mL/s
- b) 2,5 mL/s
- c) 1,0 mL/s
- d) 20 mL/s
Richtige Antwort: c) 1,0 mL/s — Richtig: (50 − 30) mL ÷ (40 − 20) s = 20 ÷ 20 = 1,0 mL/s. Das ist weniger als in den ersten 20 s (1,5 mL/s).
Zwei gleiche Brausetabletten reagieren in gleich viel Wasser: eine ganz, eine zerstoßen. Was stimmt?
- a) Die zerstoßene setzt insgesamt mehr Gas frei
- b) Beide setzen dasselbe Gesamtvolumen Gas frei, die zerstoßene aber schneller
- c) Die ganze ist schneller, weil sie kompakt ist
Richtige Antwort: b) Beide setzen dasselbe Gesamtvolumen Gas frei, die zerstoßene aber schneller — Richtig: Das Edukt bestimmt, wie viel; der Zerteilungsgrad ändert nur, wie schnell.
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