Ein Reagenzglas wird mit verdünnter
Salzsäure (1mol/l) gefüllt.
Bei der Zugabe von Zinkstückchen entsteht
in einer lebhaften Reaktion Wasserstoff, den
man pneumatisch in einem Messzylinder auffängt. Für die Reaktion
wird folgende Reaktionsgleichung angegeben: 2
HCl + Zn -----> H2 + ZnCl2
Im ersten Experiment wird das Volumen
genau nach 1 Minute abgelesen, die Zinkstückchen entnommen und die
Konzentration der verbleibenden Säure bestimmt. Im zweiten Experiment
verfährt man genau gleich und führt die Messungen nach 2 Minuten
durch, usw.. Die Ergebnisse werden in einer Tabelle eingetragen:
Experiment
Start
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Zeit
(Minuten)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Konzentration
HCl (mol/l)
1
0,8
0,6
0,42
0,28
0,18
0,11
0,07
0,04
0,02
0
Gasvolumen
H2 (ml)
0
10
20
30
40
47
50
52
53
54
55
Das Ablaufen dieser chemischen Reaktion
hängt von der Reaktionsgeschwindigkeit v ab. Darunter versteht man
die Änderung der Konzentration an Ausgangsstoffen (oder an Produkten)
pro Zeitspanne, in der diese Änderung eintritt:
Beim Experiment Nr. 1 nahm die Konzentration
der Salzsäure in einer Minute um 0,2mol/l ab. Somit ergibt sich für
den Ausgangsstoff (HCl) eine Reaktionsgeschwindigkeit von:
v = 0,2 mol/l : 60 s = 0,0333 mol/l·s
Misst man weitere Zeitintervalle, stellt
man fest, dass die Reaktionsgeschwindigkeit allmählich abnimmt. Dies
hängt mit der Abnahme der Konzentration der Salzsäure zusammen,
am Ende der Reaktion bildet sich auch immer weniger Wasserstoff pro Zeiteinheit.
Als Beispiel wird die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Zeitintervall
nach 4 bis 5 Minuten bestimmt:
v = 0,1 mol/l : 60 s = 0,0166 mol/l·s
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist nun nur
noch halb so groß. Dies wird auch auf der folgenden Grafik verdeutlicht.
Die Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit kann an der abnehmenden Steilheit
der (roten) Kurve abgelesen werden:
Führt man das obige Experiment mit
Salzsäure höherer Konzentration durch, dann entsteht mehr Wasserstoff
in einer kürzeren Zeiteinheit, die Konzentration der Salzsäure
nimmt schneller ab, die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich. Dieser
Effekt wird auch mit einer Temperaturerhöhung erreicht. Dabei gilt
die Faustregel: Bei einer Erhöhung der Temperatur um 10 Kelvin (10°C)
steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mindestens um das Doppelte. Verwendet
man statt Zinkstücke pulverförmiges Zink, ist ebenfalls eine
erhöhte Gasentwicklung sichtbar. Dies lässt sich in einem Versuch
jedoch nur mit frisch reduziertem Zink zeigen. Je größer die
Oberfläche, bzw. der Zerteilungsgrad der Reaktionspartner ist, umso
größer ist auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Folgende Faktoren
begünstigen also die Reaktionsgeschwindigkeit:
Erhöhung der Konzentration der reagierenden
Stoffe
Temperaturerhöhung
Feinere Zerteilung und Erhöhung der wirksamen
Oberfläche
