Chemische Reaktion

Alle Vorgänge in der Natur haben das Bestreben, den energieärmsten Zustand einzunehmen.

In die Welt der Atome übertragen bedeutet dies: Valenzelektronen auf einem nur teilweise besetzten Energieniveau der Atomhülle werden sich, wenn die Möglichkeit besteht, einen freien Platz auf einem niedrigeren Energieniveau eines anderen Atoms suchen. Die beiden Atome zusammen bilden ein Molekül und nehmen dann ein insgesamt niedrigeres Energieniveau ein, als die Einzelatome zuvor. Dieses Verbinden zweier Atome ist eine chemische Reaktion. Die Energieniveaus des Moleküls bezeichnet man als insgesamt gesättigt, d. h. das höchste Energieniveau des Moleküls ist mit Elektronen voll besetzt. 

Wasserstoff
Atome mit nicht gesättigten Energieniveaus verbinden sich zu Molekülen mit gesättigten Energieniveaus

In ungestörter Natur gibt es nur solche Moleküle mit gesättigten Energieniveaus.

Es können sich aber auch Moleküle unterschiedlichen Aufbaus treffen, die in anderer Verteilung der Atome Moleküle bilden würden, die ein insgesamt niedrigeres Energieniveau einnehmen. Diese zwei Molekültypen können dann in einer chemischen Reaktion zu neuen Molekülen reagieren.

Das muss aber nicht sein: Manche Moleküle reagieren von selbst ("spontan") zu neuen Molekülen, andere benötigen dazu einen Anschub durch Energiezufuhr und/oder einen Katalysator.

Eine besonders einfache chemische Reaktion erfolgt zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Beide bilden in der Natur zweiatomig Moleküle O2 und H2. Wesentlich energieärmer ist aber die Verbindung H2O (Wasser). Deshalb erfolgt, wann immer ein Sauerstoffmolekül zwei Wasserstoffmoleküle findet, die folgende Reaktion:

2H2 + O2 → 2H2O

Eine weitere Reaktion zu einem energieärmeren Zustand ist die Polymerreaktion, bei der aus Kohlenwasserstoff-Monomeren Polymere entstehen:

Polymerisation
Kohlenwasserstoff-Monomere reagieren zu Polymeren.

Diese Reaktion erfolgt aber nicht spontan, sondern muss angeregt werden. Derartige chemische Reaktionen erfolgen auch ständig in lebenden Organismen.

In einem Plasma liegt keine "ungestörte Natur" vor, sondern sehr viele Atome und Moleküle, deren Ruhezustand durch Energiezufuhr gestört ist.

  1. Atomen sind Elektronen entrissen: → Ionen
  2. In anderen Atomen sind Elektronen auf höhere Niveaus angehoben: → Angeregte Atome
  3. Moleküle sind auseinandergerissen, so dass an den Bruchstellen Atome vorliegen, deren Energieniveaus nicht gesättigt sind → Radikale

Alle diese Teilchen Ionen, Angeregte Atome und Radikale ("Aktive Spezies") sind auf der Suche nach Reaktionspartnern, um schnellstmöglich eine chemische Reaktion einzugehen.