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2023-06-21T07:52:24Z

Literatur: Alter Verweis funktionierte nicht mehr

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{{Dieser Artikel|behandelt die Relaxationsmethode in der Chemie; zu Relaxationsverfahren in der [[Numerik]] siehe [[Splitting-Verfahren]] insbesondere den Artikel zum Gauss-Seidel-[[SOR-Verfahren|Überrelaxationsverfahren]].}}

'''Relaxationsmethoden''' (oder '''Relaxationsverfahren''') verwendet man in der [[Chemie]] zur Untersuchung der [[Kinetik (Chemie)|Kinetik]] von sehr schnellen [[Chemische Reaktion|Reaktionen]]. Erstmals eingeführt wurden diese etwa 1950 von [[Manfred Eigen]]. Für die Entwicklung dieser Verfahren wurde im Jahr 1967 der [[Nobelpreis für Chemie]] an Manfred Eigen, [[Ronald George Wreyford Norrish]] und [[George Porter, Baron Porter of Luddenham|George Porter]] vergeben.

Der zeitliche Verlauf (die „Kinetik“) von chemischen Reaktionen mit charakteristischen Reaktionszeiten im Millisekundenbereich oder darunter lässt sich mit konventionellen Methoden wie dem [[Kinetik (Chemie)#Messung von Konzentrations-Zeit-Profilen|Mischverfahren]] kaum beobachten; stattdessen können Relaxationsmethoden verwendet werden. Hierbei werden die [[Reaktant]]en zunächst vermischt, worauf sich schnell ein Reaktionsgleichgewicht einstellt. Dann wird das Gleichgewicht des Systems durch eine schockartige Änderung einer physikalischen Größe gestört. Nach dieser plötzlichen Änderung strebt das System danach, das neue Gleichgewicht zu erreichen, also zu [[Relaxation (Naturwissenschaft)|relaxieren]] (und zwar mit einer für den jeweiligen Vorgang charakteristischen Geschwindigkeit). Die Einstellung des neuen Gleichgewichts kann mit geeigneten Mitteln (z. B. [[Spektroskopie|spektroskopisch]]) verfolgt werden.

== Konzentrationsverlauf ==

Ist die Verschiebung des Gleichgewichts klein, so folgt die Einstellung des neuen Gleichgewichts stets einem Gesetz erster Ordnung (unabhängig von der tatsächlichen [[Kinetik (Chemie)|Kinetik]] der [[Reaktionsrichtung|Hin- und Rückreaktion]]!). Aus den Messergebnissen lässt sich daher die Geschwindigkeitskonstante der untersuchten Reaktion ermitteln.

Wurde die Konzentration einer für das Gleichgewicht charakteristischen Komponente zum Zeitpunkt <math>t=0</math> um <math>\Delta c_0</math> verschoben, so gilt für die Verschiebung zum Zeitpunkt <math>t</math> (sofern die Abweichung vom Gleichgewicht gering ist, der „Sprung“ also nicht zu groß war):

:<math>\Delta c(t) = \Delta c_0 \cdot e^{-t/\tau} </math>

Dabei ist <math>\tau</math> die [[Relaxationszeit]] des Systems. Aus <math>\tau</math> lassen sich die Geschwindigkeitskoeffizienten der Hin- und Rückreaktionen extrem schneller Prozesse berechnen.

== Eingesetzte Verfahren ==

Für die Relaxationsmethode geeignet sind prinzipiell physikalische Größen, die sich sprunghaft ändern lassen und von denen die [[Gleichgewichtskonstante]] <math>K</math> des Systems abhängt. Beispiele für verwendete Größen sind:
* Die [[Temperatur]]: Sehr schnelle Temperatursprünge kann man beispielsweise durch starke elektrische Entladungen durch das Reaktionsgemisch hindurch erzeugen; dieses Verfahren wird als ''Temperatursprungmethode'' bezeichnet.
* Der [[Druck (Physik)|Druck]]: Schnelle Druckänderungen etwa durch Bersten des Reaktionsraumes in einen größeren Reaktionsraum werden in der sogenannten ''Drucksprungmethode'' ausgenutzt.
* Das [[Elektrisches Feld|elektrische Feld]]: Plötzliche Feldänderungen, zum Beispiel durch Abschalten einer Spannungsquelle in einem Elektrolyten, werden in der ''Feldsprungmethode'' eingesetzt.

== Literatur ==

* {{Literatur |Autor=Walter J. Moore |Titel=Grundlagen der physikalischen Chemie |Verlag=Walter de Gruyter |Ort=Berlin New York |Datum=1990 |ISBN=3-11-009941-1 |Seiten=331–334 |Originaltitel=Basic physical chemistry |Originalsprache=en |Übersetzer=Wolfgang Paterno |Online={{Google Buch |BuchID=u6rSCjFRtoAC |Seite=331 |Hervorhebung=Relaxationsmethoden}}}}
* {{Literatur |Autor=Peter W. Atkins, Julio de Paula |Titel=Kurzlehrbuch physikalische Chemie |Auflage=4. vollständig überarbeitete |Verlag=Wiley-VCH |Ort=Weinheim |Datum=2008 |ISBN=978-3-527-31807-0 |Seiten=477–481 |Originaltitel=Elements of physical chemistry |Originalsprache=en |Übersetzer=Ralf Ludwig, Andreas Appelhagen |Online={{Google Buch |BuchID=zp5NaytPuM8C |Seite=477 |Hervorhebung=Relaxationsmethoden}}}}
* {{Literatur |Autor=Manfred Eigen |Titel=Methods for investigation of ionic reactions in aqueous solutions with half-times as short as 10<sup>−9</sup> sec. Application to neutralization and hydrolysis reactions |Sammelwerk=Discussions of the Faraday Society |Band=17 |Datum=1954 |Seiten=194–205 |DOI=10.1039/DF9541700194}}
* {{Literatur |Autor=Manfred Eigen |Titel=Immeasurably Fast Reactions |TitelErg=Nobel Lecture, December 11, 1967 |Sammelwerk=Nobel Lectures, Chemistry 1963-1970 |Verlag=Elsevier Publishing Company |Ort=Amsterdam |Datum=1972 |Seiten=170–203 |Sprache=en |Online=https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/eigen-lecture.pdf |Format=PDF |KBytes=1300}}

[[Kategorie:Kinetik (Chemie)]]

Relaxationsmethode - Versionsgeschichte

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