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Die Stoßtheorie

In einem Liter Gas prallen Teilchen milliardenfach pro Sekunde zusammen — warum reagiert dann nicht alles sofort?

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Nur wirksame Stöße

  • Anknüpfung:Die Einflussfaktoren (2.1.2) werden jetzt auf Teilchenebene gedeutet.
  • Stoß:Edukt-Teilchen müssen zusammenstoßen — ohne Stoß keine Reaktion.
  • Energie:die Stoßenergie muss mindestens die Aktivierungsenergie \(E_A\) (1.3.1) erreichen.
  • Orientierung:die reagierenden Molekülteile müssen aufeinandertreffen.
  • Wirksame Stöße:nur Stöße, die beide Bedingungen erfüllen, führen zu Produkten.

Blaue Teilchen A reagieren nur an ihrer roten Seite mit orangen Teilchen B. Starte die Simulation, stelle die Temperatur ein und zähle mit, wie viele Stöße wirklich zu Produkten (grün, violett) führen. Im Modell ist die Wirkung der Temperatur überhöht; die untere Zeile zeigt echte Werte.

Stöße im Reaktionsraum

Halte fest: Die meisten Stöße verpuffen. Wirksam ist ein Stoß nur mit genügend Energie und passender Orientierung — und der Anteil energiereicher Stöße wächst mit der Temperatur stark an.

Merke

Stoßtheorie: \(v \sim\) Zahl der wirksamen Stöße pro Zeit \(=\) Stoßzahl \(\cdot\) Anteil mit \(E \geq E_A\) \(\cdot\) Orientierungsanteil

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Temperatur und RGT-Regel

  • Energieverteilung:die Teilchen haben verschiedene Energien (Maxwell-Boltzmann-Verteilung). Nur der Teil rechts von \(E_A\) kann reagieren.
  • Wärmer:die Verteilung wird flacher und breiter; der Anteil mit \(E \geq E_A\) wächst stark, die Stoßzahl nur um wenige Prozent.
  • Konzentration, Druck:mehr Teilchen pro Volumen → mehr Stöße pro Zeit.
  • Zerteilungsgrad:mehr Teilchen an der Oberfläche sind für Stöße erreichbar.
  • Katalysator:kleinere \(E_A\) (1.3.2) → größerer Anteil der Stöße ist energiereich genug.
Merke

RGT-Regel: \(v(\vartheta + 10\,{}^\circ\text{C}) \approx 2 \ldots 4 \cdot v(\vartheta)\)

Herleitung:

\(v_2 = v_1 \cdot 2^{\Delta\vartheta / 10\,{}^\circ\text{C}}\)
Faktor 2 je 10 °C
jede Erwärmung um 10 °C verdoppelt \(v\)
\(v(50\,{}^\circ\text{C}) = v(20\,{}^\circ\text{C}) \cdot 2^{3}\)
\(\Delta\vartheta = 30\,{}^\circ\text{C}\)
drei Zehnerschritte
\(v(50\,{}^\circ\text{C}) = 8 \cdot v(20\,{}^\circ\text{C})\)
Ergebnis
achtfache Geschwindigkeit
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Allgemeine Hinweise

Nicht einfach „mehr Stöße“

Erwärmen um 10 °C erhöht die Stoßzahl nur um etwa 2 %. Die Verdopplung von \(v\) kommt vom stark wachsenden Anteil der Stöße mit \(E \geq E_A\).

RGT ist eine Faustregel

Sie gilt nur für mittlere Temperaturbereiche und Reaktionen mit typischer Aktivierungsenergie. Enzyme werden bei hoher Temperatur zerstört — dort versagt sie.

Zwei Bedingungen nennen

In Begründungen immer beides angeben: genügend Energie und passende Orientierung — und dann, welche der beiden der Faktor verändert.

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