Reaktionsgleichung?
Moin, hab' nochmal bisschen über Chemie nachgedacht und komme zu folgender Frage:
Nehmen wir an, wir haben Stickstoff, der mit Wasserstoff zu Ammoniak reagiert:
N2 + 3H2 --------> 2NH3, jetzt die Frage: geschieht diese Reaktion durch eine einzige Kollision eines Stickstoffteilchens mit 3 Wasserstoffmolekülen, könnte es nicht auch so sein, dass zuerst ein Stickstoffmolekül mit zwei Wasserstoffmolekülen kollidiert (N2 + 2H2 ---> NH3 + H + N) und das H + N reagiert dann prompt mit einem weiteren Wasserstoffmolekül zu Ammoniak (H + N + H2 --------> NH3), sodass dann insgesamt auch die erste Gleichung gilt.
Irgendwie wirkt zweiteres plausibler für mich, da die Atome und Moleküle schließlich nicht wissen, ob die Kollision mit anderen Teilchen zu einer "harmonischen Reaktionsgleichung" führt. Ist die Wahrscheinlichkeit für das gleichzeitige Kollidieren von 4 Teilchen nicht recht unwahrscheinlich?
Danke im Voraus!
2 Antworten
Moin,
machen wir uns nichts vor: niemand von uns ist auf molekularer Ebene jemals dabei, wenn Wasserstoffmolekuele und Stickstoffmolekuele aufeinander prallen, wenn sich Bindungen lösen und neue geknüpft werden. Daher kann dir auch niemand vollkommen sicher abstreiten, dass es nicht so verläuft, wie du es für plausibler hältst.
Andererseits gibt es vielleicht aber doch das eine oder andere Argument, das gegen deinen Einwand spricht.
Zunächst einmal sind im Reaktionsraum Aber- und Abermilliarden Moleküle, die sich aufgrund der hohen Temperatur sehr schnell bewegen und deshalb auch ständig miteinander kollidieren. Da fällt es mir (offenbar im Gegensatz zu dir) ueberhaupt nicht schwer vorstellbar, dass es dabei eben auch oefter zu Zusammenstößen von vier Molekülen gleichzeitig kommt.
Was aber vielleicht noch wichtiger ist, ist deine Forderung, dass es zu einzelnen Wasserstoff- und Stickstoffatomen kommen müsste. Das ist zwar grundsätzlich möglich, aber thermodynamisch sehr ungünstig, weil diese Einzelatome energetische Katastrophen sind (ungepaarte Elektronen).
Als weiteres Argument fiele mir noch der Einsatz des Katalysators ein. Im Falle der Ammoniaksynthese ist das ein Oberflaechenkatalysator, das heißt, dass er dem Wasserstoff eine Oberfläche zum Andocken anbietet, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit für günstige Zusammenstöße mit Stickstoffmolekuelen erhöht, was wiederum die Aktivierungsenergie herabsetzt. Das ist leicht mit der Vorstellung zu vereinbaren, dass vier Moleküle kollidieren sollen, aber nicht so leicht damit, dass drei Moleküle zusammen stossen, dann dabei zwei Einzelatome zurück lassen, die nun wieder auf ein bewegliches Wasserstoffmolekuel treffen sollen. Wie erklärte du hier die katalytische Wirkung?
Alles in allem finde ich die herkömmliche Erklärung für wesentlich leichter zu akzeptieren. Aber noch einmal: niemand war je dabei und könnte aus eigener Beobachtung sagen, wie das genau passiert.
Unter dem Strich ist das aber doch auch gar nicht so wichtig, oder? In jedem Fall reagieren drei Moleküle Wasserstoff und ein Molekül Stickstoff zu zwei Molekülen Ammoniak. Wie genau das abläuft... who cares?
LG von der Waterkant
Ein Verfahren, dass nach dieser Reaktionsgleichung abläuft ist das Haber-Bosch-Verfahren. Der genaue Mechanismus ist keineswegs trivial, dafür gab es vor nicht allzu langer Zeit den Nobelpreis! Nachzulesen hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Haber-Bosch-Verfahren#Mechanismus