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Kollidieren zwei NO 2
-Moleküle (frontal, mit geeigneter Orientierung), so findet eine Reaktion
zu N 2
O 4
statt, wenn die Bewegungsenergie beider Stoßpartner die Aktivierungsenergie der
Rückreaktion E A,rück
übertrifft.
Je höher die Temperatur ist, desto mehr Moleküle besitzen ausreichende Energien für einen
reaktiven Stoß. Dabei ist zu beachten, dass die Geschwindigkeiten der Moleküle über einen
weiten Bereich verteilt sind (Abb. 7-4 und Kap. 4 Geschwindigkeitsverteilung).
Abb. 7-4 Geschwindigkeitsverteilung
Anhand einer kurzen Betrachtung soll gezeigt werden, dass die endotherme Hinreaktion
stärker von einer T-Erhöhung profitiert, als die exotherme Rückreaktion.
Annahme: Reaktive Stöße in Richtung der exothermen Rückreaktion sollen ab einer
Geschwindigkeit von 600 m/s stattfinden, während für die endotherme Hinreaktion die
größere Geschwindigkeit 800 m/s benötigt wird, entsprechend einer höheren
Aktivierungsenergie. Dann ist der Anteil der reaktiven Stöße für die Hinreaktion (in Abb. 7-5
orange gezeichnet) bei 100 °C 0,5% und bei 500 °C 10%.
Die Reaktionswahrscheinlichkeit pro Stoß steigt für die Hinreaktion um den Faktor 20
( = 10% : 0,5%) an.
Für die exotherme Rückreaktion reichen 600 m/s Kollisionsgeschwindigkeit aus (dies ist die
gesamte farbige Fläche in Abb. 7-5). Bei 100 °C beträgt der Anteil reaktiver Stöße bereits 7%,
bei 500 °C steigt dieser Anteil auf 35 % an, was einer Erhöhung der Reaktionswahrscheinlichkeit
pro Stoß um den Faktor 5 entspricht. Man sieht, dass die endotherme
Reaktion stärker von der Temperaturerhöhung „profitiert“, als die exotherme Reaktion.
100 °C 500 °C
Häufigkeit
Häufigkeit
Geschwindigkeit in m/s
Geschwindigkeit in m/s
Abb. 7-5 Die farbig markierten Flächen sind ein Maß für die Wahrscheinlichkeit reaktiver Stöße