Die Gesamtreihenfolge der Reaktion gibt einen Hinweis darauf, wie sich eine Änderung der Konzentration der Reaktanten auf die Reaktionsgeschwindigkeit auswirkt. Bei höheren Reaktionsordnungen führt eine Änderung der Konzentration der Reaktanten zu großen Änderungen der Reaktionsgeschwindigkeit. Bei niedrigeren Reaktionsordnungen ist die Reaktionsgeschwindigkeit weniger empfindlich gegenüber Konzentrationsänderungen.
Die Reaktionsreihenfolge wird experimentell ermittelt, indem man die Konzentration der Reaktanten ändert und die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit beobachtet. Wenn beispielsweise die Verdoppelung der Konzentration eines Reaktanten die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt, ist die Reaktion eine Reaktion erster Ordnung für diesen Reaktanten. Steigt die Geschwindigkeit um den Faktor vier oder verdoppelt sich die Konzentration im Quadrat, ist die Reaktion zweiter Ordnung. Bei mehreren an einer Reaktion teilnehmenden Reaktionspartnern ist die Gesamtreaktionsordnung die Summe der Ordnungen der einzelnen Reaktionsordnungen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Gesamtreaktionsordnung ist die Summe der einzelnen Reaktionsordnungen aller an einer chemischen Reaktion beteiligten Reaktionspartner. Die Reaktionsreihenfolge eines Reaktionspartners gibt an, wie stark sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändert, wenn sich die Konzentration des Reaktionspartners ändert.
Beispielsweise ändert sich bei Reaktionen erster Ordnung die Reaktionsgeschwindigkeit direkt mit der Konzentrationsänderung des entsprechenden Reaktionspartners. Bei Reaktionen zweiter Ordnung ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit als Quadrat der Konzentrationsänderung. Die Gesamtreaktionsordnung ist die Summe der einzelnen Reaktionsordnungen der Reaktionspartner und misst die Empfindlichkeit der Reaktion gegenüber Konzentrationsänderungen aller Reaktionspartner. Die einzelnen Reaktionsordnungen und damit die Gesamtreaktionsordnung werden experimentell bestimmt.
Wie die Reaktionsordnungen funktionieren
Die Geschwindigkeit einer Reaktion hängt mit der Konzentration eines Reaktanten durch die Geschwindigkeitskonstante zusammen, die durch den Buchstaben k dargestellt wird. Die Geschwindigkeitskonstante ändert sich, wenn sich Parameter wie die Temperatur ändern, aber wenn sich nur die Konzentration ändert, bleibt die Geschwindigkeitskonstante konstant. Für eine Reaktion bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ist die Geschwindigkeit gleich der Geschwindigkeitskonstante mal der Konzentration jedes der Reaktanten hoch der Größenordnung jedes Reaktanten.
Die allgemeine Formel lautet wie folgt:
Reaktionsgeschwindigkeit = kAxBjaCz..., wobei A, B, C... sind die Konzentrationen jedes Reaktanten und x, y, z... sind die Reihenfolgen der einzelnen Reaktionen.
Die Gesamtreaktionsordnung ist x + y + z +... Bei drei Reaktionen erster Ordnung von drei Reaktanten ist die Gesamtreaktionsordnung beispielsweise drei. Für zwei Reaktionen zweiter Ordnung von zwei Reaktanten beträgt die Gesamtordnung der Reaktion vier.
Beispiele für Reaktionsordnungen
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Joduhr ist einfach zu messen, da sich die Lösung im Reaktionsbehälter nach Abschluss der Reaktion blau färbt. Die Zeit, die benötigt wird, um blau zu werden, ist proportional zur Reaktionsgeschwindigkeit. Wenn beispielsweise die Verdopplung der Konzentration eines der Reaktanten die Lösung in der Hälfte der Zeit blau färbt, hat sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt.
In einer Variation der Joduhr können die Konzentrationen der Reaktionspartner Jod, Bromat und Wasserstoff verändert und die Zeiten beobachtet werden, in denen die Lösung blau wird. Bei Verdoppelung der Konzentrationen von Jod und Bromat verkürzt sich die Reaktionszeit jeweils auf die Hälfte. Dies zeigt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeiten verdoppeln und dass diese beiden Reaktanten an Reaktionen erster Ordnung teilnehmen. Wenn die Wasserstoffkonzentration verdoppelt wird, verkürzt sich die Reaktionszeit um den Faktor vier, was bedeutet, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit vervierfacht und die Wasserstoffreaktion zweiter Ordnung ist. Diese Version der Joduhr hat daher eine Gesamtreaktionsordnung von vier.
Andere Reaktionsordnungen umfassen eine Reaktion nullter Ordnung, für die eine Änderung der Konzentration keinen Unterschied macht. Zersetzungsreaktionen wie die Zersetzung von Lachgas sind oft Reaktionen nullter Ordnung, da sich der Stoff konzentrationsunabhängig zersetzt.
Reaktionen mit anderen Gesamtreaktionsordnungen umfassen Reaktionen erster, zweiter und dritter Ordnung. Bei Reaktionen erster Ordnung findet eine Reaktion erster Ordnung für einen Reaktionspartner mit einem oder mehreren Reaktionspartnern statt, die Reaktionen nullter Ordnung aufweisen. Während einer Reaktion zweiter Ordnung finden zwei Reaktionspartner mit Reaktionen erster Ordnung statt oder ein Reaktionspartner mit einer Reaktion zweiter Ordnung verbindet sich mit einem oder mehreren Reaktionspartnern nullter Ordnung. In ähnlicher Weise kann eine Reaktion dritter Ordnung eine Kombination von Reaktanten aufweisen, deren Ordnungen sich zu drei addieren. In jedem Fall gibt die Reihenfolge an, um wie viel die Reaktion beschleunigt oder verlangsamt wird, wenn die Konzentrationen der Reaktanten geändert werden.