Reaktionen, die in chemischen Systemen auftreten, hängen normalerweise von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto schneller vergeht die Reaktion. Manchmal ist es jedoch erforderlich, die Reaktion zu verlangsamen oder vollständig zu stoppen. Eine Möglichkeit, die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu reduzieren, ist die Temperaturänderung.
Es ist bekannt, dass mit einem Temperaturanstieg von 10 ° C die Reaktionsgeschwindigkeit normalerweise um das 2-3-fache ansteigt. Aber was muss getan werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache zu reduzieren? Um dies zu tun, ist es notwendig, die Temperatur deutlich zu senken.
Die genaue Temperatur, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache sinkt, hängt vom spezifischen chemischen System ab. Aber in der Regel ist Wasser für die meisten Reaktionen das optimale Lösungsmittel. Daher kann man sagen, dass bei den meisten Reaktionen eine Temperatur von etwa -41 ° C die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache reduzieren wird.
Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit
Bei chemischen Reaktionen spielt die Temperatur eine wichtige Rolle, da sie die Prozessgeschwindigkeit erheblich beeinflusst. Im Allgemeinen nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zu, und eine Abnahme der Temperatur führt zu einer Verlangsamung.
Das Vant-Goff-Gesetz besagt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit bei jedem Temperaturanstieg um 10 Grad Celsius um das 2-fache ansteigt. Unter bestimmten Umständen ist es jedoch möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit um ein Vielfaches zu reduzieren.
Um die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache zu reduzieren, ist es notwendig, die Temperatur signifikant zu senken. Chemische Reaktionen können sehr empfindlich auf Temperaturänderungen reagieren, daher kann eine 9-fache Reduzierung eine erhebliche Kühlung erfordern.
Die Verwendung von Kühlgeräten, einschließlich der Verwendung von flüssigem Stickstoff oder Trockeneis, kann dazu beitragen, die erforderliche Temperatur zu erreichen. Dies ist besonders wichtig in Experimenten, bei denen eine niedrige Reaktionsgeschwindigkeit wünschenswert ist, z. B. bei pharmakologischen Untersuchungen.
Es sollte jedoch daran erinnert werden, dass eine zu niedrige Temperatur in einigen Fällen auch zu einer Verlangsamung oder vollständigen Unterbrechung der Reaktion führen kann. Daher ist es notwendig, die Temperatur so auszugleichen, dass die gewünschte Reaktionsgeschwindigkeit ohne unerwünschte Nebenwirkungen erreicht wird.
Temperatur als Reaktionsfaktor
Für viele Reaktionen gilt die Van-Goff-Regel, wonach sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt, wenn die Temperatur um 10 Grad Celsius ansteigt. Um die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2-fache zu reduzieren, ist es daher notwendig, die Temperatur um 10 Grad zu reduzieren.
Um zu verstehen, welche Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache reduzieren wird, müssen Sie die Van-Goff-Formel verwenden. Um dies zu tun, müssen Sie den Temperaturunterschied finden, bei dem die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache zunimmt. Laut der Formel wäre dies ein Unterschied von 90 Grad.
Um die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache zu reduzieren, ist es daher notwendig, die Temperatur um 90 Grad Celsius zu senken. Dies kann durch Abkühlen des Reaktionsgemisches oder durch Verwendung von speziellen Kühlgeräten erreicht werden.
Optimale Temperatur, um die Reaktion zu verlangsamen
Eine Methode zur Bestimmung der optimalen Temperatur besteht darin, die Geschwindigkeitskonstante bei verschiedenen Temperaturen zu messen und ein Diagramm der Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur zu erstellen.
Üblicherweise werden Methoden der Spektrophotometrie, der Oberflächenplasmonresonanzspektroskopie und andere spezifische Methoden verwendet, die von der Art der Reaktion und den zu untersuchenden Substanzen abhängen, um die Geschwindigkeitskonstante zu messen.
Die erhaltenen Daten werden normalerweise mit der Arreniusgleichung verarbeitet, die die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur, der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante und der Aktivierungsenergie verbindet:
wobei k die Konstante der Reaktionsgeschwindigkeit ist, Ea die Aktivierungsenergie ist, R die universelle Gaskonstante ist, T die Temperatur ist, A der präexponentielle Multiplikator ist.
Aus dieser Gleichung können Sie die optimale Temperatur bestimmen, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit um das 9-fache sinkt. Dazu ist es notwendig, die Temperatur durch die Geschwindigkeitskonstante und die Aktivierungsenergie auszudrücken:
Wenn Sie die Werte der Geschwindigkeitskonstante bei unterschiedlichen Temperaturen kennen, können Sie die optimale Temperatur berechnen, um die Reaktion um das 9-fache oder mehr zu verlangsamen.
