Die Aktivierungsenergie

Auch stark exotherme Reaktionen starten meist nicht von selbst — zuerst muss Energie zugeführt werden.

• Aktivierungsenergie:\(E_A\) = Mindestenergie, die Teilchen beim Zusammentreffen haben müssen, damit sie reagieren.
• Übergangszustand:energiereichster Punkt des Reaktionswegs: alte Bindungen halb gelöst, neue halb geknüpft.
• Energiediagramm:Energie über dem Reaktionsweg; \(E_A\) ist der Abstand von den Edukten bis zum Übergangszustand.
• \(\Delta_rH\):Abstand von den Edukten zu den Produkten — unabhängig davon, wie hoch die Barriere ist.
• Rückreaktion:muss denselben Übergangszustand überwinden: \(E_{A,\text{Rück}} = E_A - \Delta_rH\).
• Metastabil:Ein Gemisch reagiert trotz \(\Delta_rH < 0\) nicht, weil \(E_A\) zu groß ist — z. B. Erdgas und Luft ohne Funken.

Die Teilchen einer Stoffportion haben nicht alle dieselbe Energie — sie tauschen bei jedem Zusammenstoß Energie aus.

• Energieverteilung:Wenige Teilchen sind sehr langsam, wenige sehr schnell, die meisten liegen dazwischen (Maxwell-Boltzmann-Verteilung).
• Anteil über \(E_A\):Nur Teilchen mit \(E \ge E_A\) können reagieren — im Diagramm die Fläche rechts von \(E_A\).
• Höhere Temperatur:Die Verteilung wird flacher und rückt zu höheren Energien; der Anteil über \(E_A\) wächst stark.
• Kleinere \(E_A\):Die Schwelle rückt nach links — mehr Teilchen schaffen sie, ohne dass man erwärmt.
• Zünden:Ein Funke liefert \(E_A\) für die ersten Teilchen; bei exothermen Reaktionen liefert die frei werdende Wärme sie für die nächsten.

Starte die Simulation mit ▶: Alle Teilchen beginnen mit gleicher Energie und tauschen bei Zusammenstößen Energie aus. Beobachte, wie sich die Verteilung einstellt, und verändere dann Temperatur und \(E_A\) mit den Reglern.

Halte fest: Nur der schnelle Rand der Energieverteilung liegt über \(E_A\) — schon 100 K mehr vervielfachen diesen Anteil, und eine kleinere \(E_A\) wirkt ebenso.