Geschwindigkeitskonstante (k)


Bedeutung von k

Die Geschwindigkeitskonstante \(k\) ist der zentrale Parameter der Reaktionskinetik. Sie beschreibt, wie schnell die Konzentration bei gegebener Reaktionsordnung abnimmt.

\[ -\frac{dc}{dt}=k\,c^n \]

Je größer \(k\), desto schneller läuft die Reaktion ab. Die Einheit von \(k\) hängt von der Reaktionsordnung \(n\) ab.

  • 0. Ordnung: \(k\) hat Konzentration/Zeit
  • 1. Ordnung: \(k\) hat 1/Zeit
  • 2. Ordnung: \(k\) hat 1/(Konzentration·Zeit)
Formeln (MathJax)
\[ k_{(0)}=\frac{c_0-c(t)}{t},\quad k_{(1)}=\frac{\ln(c_0/c(t))}{t},\quad k_{(2)}=\frac{\frac{1}{c(t)}-\frac{1}{c_0}}{t} \]
\[ c(t)_{(0)}=c_0-k t,\quad c(t)_{(1)}=c_0\,e^{-kt},\quad c(t)_{(2)}=\frac{c_0}{1+k c_0 t} \]
\[ k_{(1)}=\frac{\ln 2}{t_{1/2}},\quad k_{(0)}=\frac{c_0}{2t_{1/2}},\quad k_{(2)}=\frac{1}{c_0 t_{1/2}} \]
Legende der Formelsymbole
  • \(k\): Geschwindigkeitskonstante
  • \(n\): Reaktionsordnung
  • \(c_0\): Anfangskonzentration
  • \(c(t)\): Konzentration zur Zeit \(t\)
  • \(t\): Reaktionszeit
  • \(t_{1/2}\): Halbwertszeit
  • \(\ln\): natürlicher Logarithmus


Ausführliche Beispiele
Beispiel 1 (1. Ordnung):
\(c_0=1.0\), \(c(t)=0.5\), \(t=4.62\)
\(k=\ln(1/0.5)/4.62\approx0.150\)
Beispiel 2 (0. Ordnung):
\(c_0=1.2\), \(c(t)=0.6\), \(t=6\)
\(k=(1.2-0.6)/6=0.1\)
Beispiel 3 (2. Ordnung):
\(c_0=1.0\), \(c(t)=0.4\), \(t=3\)
\(k=(1/0.4-1/1.0)/3=0.5\)
Praxis-Hinweis:
Wählen Sie die korrekte Reaktionsordnung. Mit falschem \(n\) kann \(k\) scheinbar plausibel sein, aber zu falschen Zeitprognosen führen.
Vertiefung
Einheitenkontrolle

Bei 1. Ordnung ist \(k\) typischerweise in \(\mathrm{s^{-1}}\) oder \(\mathrm{min^{-1}}\). Bei 0. und 2. Ordnung ändert sich die Einheit mit der Konzentrationseinheit (z. B. \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)).

Kinetik-Auswertung im Labor

Bestimmen Sie \(k\) aus mehreren Messpunkten und mitteln Sie den Wert oder nutzen Sie linearisierte Plots. So reduzieren Sie Messrauschen und erhöhen die Zuverlässigkeit.

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