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Zuletzt aktualisiert: 17. Januar 2022

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Name: Jeannina Reker, 2017-11

Lucas Röder 2022-01

Stoßtheorie / Kollisionsmodell

Allgemeines

Die Stoßtheorie ist eine einfache mechanische Theorie für den Ablauf chemischer Reaktionen. Sie ist ein einfaches und anschauliches Erklärungsmodell,
welches die unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei Reaktionen erklärt. Ursprünglich sollte mit der Kollisionstheorie der Ablauf von Gasphasenreaktionen
(Reaktion zwischen Gasen) dargestellt werden.
Bei der Stoßtheorie geht man davon aus, dass für eine Reaktion ein Stoß zwischen den Reaktionspartnern stattfinden muss, der wiederum ein Energiepotential erfordert.
Die Theorie wurde von 1916 von Max Traut bzw. 1918 von William Lewis entwickelt.

Die Stoßtheorie

Bedingungen für das Zustandekommen einer Reaktion:

Für einen wirksamen bzw. reaktiven Stoß müssen Moleküle.

1. aufeinandertreffen (zusammenstoßen); zur Verdeutlichung kann man sich vorstellen, dass sich alle Teilchen wie starre Kugeln verhalten und nur durch einen Zusammenstoß reagieren können.
   
   
2. für einen wirksamen Treffer nötige Geschwindigkeit aufweisen (kinetische Energie)
   
   
3. an der richtigen Stelle zusammentreffen (auf der Kern-Kern-Verbindungsachse (vorgestellte Linie, die die Mittelpunkte der Atomkerne verbindet) kommt es zur Überschreitung der Schwellenenergie - Aktivierungsenergie). Je komplexer Moleküle aufgebaut sind, desto wichtiger wird es, dass die Teilchen mit der richtigen Ausrichtung und an ihren reaktiven Zentren(Energieansammlung) zusammenstoßen, da sich mit ihrer Komplexität auch die Form ändert und sie sich, nach dem Vorstellungsmodell von 1., weniger wie Kugeln verhalten.

Das erfolgreiche Zusammentreffen von reagierenden Teilchen wird unter anderem durch die Konzentration, die Geschwindigkeit der Teilchen und die Temperatur beeinflusst.
Liegen geringe Konzentrationen vor, ist die Reaktionsgeschwindigkeit geringer (weniger Teilchen können zusammenstoßen) und folglich ist ein Zusammenstoßen der Teilchen unwahrscheinlicher.

Erhöht man die Konzentration (Teilchen pro Volumen) so erhöht sich auch die Dichte des Stoffes und ein Zusammenstoß ist somit wahrscheinlicher. Wenn sich diese Teilchen auch noch schneller bewegen (z.B. durch Temperaturerhöhung -> zugeführte Energie) , wird die für die Reaktion notwendige Schwellenenergie häufiger überschritten und es kommen mehr Stöße zustande.
Als Folge daraus läuft die Reaktion schneller ab.

Mit der Kollisionstheorie können auch Reaktionsgeschwindigkeiten für Reaktionen
vorhergesagt werden. Besonders gut funktioniert dies für Gasphasenreaktionen, da sich Gasteilchen am ehesten wie Kugeln verhalten.

Formel

Für eine bimolekulare Reaktion gilt die folgende Formel:

A + B ---> C oder AB

Die Formel stellt den Zusammenhang zwischen der Konzentration der Stoffe und der Reaktionsgeschwindigkeit dar.

Das Geschwindigkeitsgesetz der Reaktion ist dann:

v = k ⋅ c(A) ⋅ c(B)

v steht für die Reaktionsgeschwindigkeit und c für die Konzentration der Moleküle (hier A und B).
Die Geschwindigkeitskonstante (Stoßfaktor) k wird in der Chemie verwendet,
um die Proportionalität der Reaktionsgeschwindigkeit v zu den Konzentrationen zweier Stoffe A und B darzustellen. Sie ist für eine Reaktion charakteristisch und von der Temperatur abhängig. Außerdem ist sie ein Maß für die Zahl der erfolgreichen Zusammenstöße.

Die Gleichung zeigt, dass bei bimolekularen Reaktionen die Reaktionsgeschwindigkeit proportional zum Produkt der Konzentration der beiden Edukte ist.
Außerdem zeigt sie, was die Geschwindigkeit bei Reaktionen bedeutet und wie diese verändert werden kann.

Eine genauere Darstellung der Formel:

  d[A]
------- = -k ⋅ [A] ⋅ [B]
   dt

Der Faktor "-1" muss deshalb berücksichtigt werden, weil die Konzentration des Edukts logischerweise abnimmt. d(A) geteilt durch dt drückt die Konzentrationsänderung von A pro Zeit aus.