Wie erklärt sich die chemische Aktivierungsenergie?
Ich interessiere mich sehr für das Konzept der Aktivierungsenergie. Betrachtet man ein Gemisch aus Wasserstoff- und Sauerstoffgasen bei Raumtemperatur, so reagieren sie nicht, aber wir wissen, dass sie bei Zufuhr einer gewissen Aktivierungsenergie in Form eines Funkens oder einer Flamme heftig reagieren. Was ich nicht wirklich verstehe, ist Folgendes: Die bekannte Maxwell-Boltzmann-Kurve zeigt an, dass alle Energien verfügbar sind, und uns wird beigebracht, dass die Kurve niemals die x-Achse erreicht. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass es zumindest einige Teilchen geben muss, die die erforderliche Aktivierungsenergie besitzen. Wenn sie zusammenstoßen, reagieren sie und setzen eine große Menge an Energie frei, die dann eine weitere Reaktion auslösen würde. Die gemischten Gase können jedoch im Labor praktisch unbegrenzt ohne Reaktion aufbewahrt werden (in Abwesenheit eines Katalysators). Als ich versuchte, mir das zu erklären, dachte ich, dass es zwei solcher Gasmoleküle mit ausreichender kinetischer Energie geben muss, die aber aufgrund ihrer Seltenheit keine Chance haben, zusammenzustoßen. Aber in einem Mol Gas gibt es >10^23 Teilchen, so dass es ziemlich unwahrscheinlich ist, dass Teilchen mit höherer Energie so selten sind, dass sie nie zusammenstoßen und die Reaktion auslösen.
1 Antwort
Du musst aber auch bedenken, dass 1 mol Gas ein Volumen von ~22 Litern hat. Das sind enorme Strecken, die die Teilche da zurücklegen müssen. Und selbst wenn zwei Teilchen mit genug Energie exisiteren, heißt das nicht, dass sie sich treffen. Auf ihrem Weg durchs Gas können sie schließlich ihre Energie schnell wieder durch Stöße abgeben. Außerdem heißt eine Kollision noch lange nicht, dass die Teilchen auch reagieren. Das macht eine Reaktion also maximal unwahrscheinlich.
Zusätzlich ist die Annahme, dass eine einzige Reaktion direkt eine Kettenreaktion auslöst, so auch nicht richtig. Die Energie einer Reaktion wird schließlich an das umgebende Gas abgegeben, wo es in diesem Fall wohl nicht ausreicht, um weitere Reaktionen anzustoßen. Das heißt, du brauchst vielleicht zwei oder drei oder noch mehr Reaktionen in unmittelbarer Nähe, um eine richtige Kettenreaktion zu starten.
Beispiel interstellares Medium: Die geringe Dichte macht eine Kollision zweier Teilchen in einer Wasserstoffwolke so unwahrscheinlich, dass es (wenn ich mich richtig erinnere) statistisch gesehen pro Kubikmeter im Schnitt eine Kollision in 100 Jahren gibt.