Die Reaktionsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich bei einer Reaktion Stoffe umwandeln. Man misst, wie sich die Menge oder Konzentration eines Stoffes in einer Zeit ändert. $\Delta$ steht für „Änderung“, $c$ für die Konzentration, $t$ für die Zeit. Man kann auch das Volumen eines entstehenden Gases oder die Masseänderung je Zeit messen.

Erklärt wird sie mit dem Teilchenmodell. Eine Reaktion findet nur statt, wenn Teilchen zusammenstoßen und dabei genug Energie haben. Diese Mindestenergie heißt Aktivierungsenergie. Je mehr erfolgreiche Zusammenstöße pro Sekunde, desto höher die Geschwindigkeit.

Aus dem Stoßmodell folgt, was die Reaktion schneller macht:

Eine Faustregel: Bei vielen Reaktionen wird die Reaktion bei 10 Grad mehr zwei- bis dreimal so schnell.

Ein Katalysator beschleunigt eine Reaktion, ohne verbraucht zu werden. Er nimmt an der Reaktion teil, liegt aber am Ende unverändert wieder vor. Beispiele sind Platin im Auto-Katalysator, Eisen bei der Ammoniaksynthese und Enzyme in Lebewesen. Bei umkehrbaren Reaktionen stellt er das Gleichgewicht nur schneller ein, er ändert nicht, wie viel Produkt am Ende entsteht.

Für die Industrie zählt, wie viel Produkt entsteht. Die Ausbeute vergleicht die tatsächlich erhaltene Menge mit der Menge, die nach der Reaktionsgleichung höchstens möglich wäre. Die Ausbeute ist oft kleiner als 100 Prozent, zum Beispiel weil die Reaktion umkehrbar ist und ein Gleichgewicht erreicht.

Die Industrie wählt Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, Konzentration, Katalysator) so, dass die Reaktion schnell genug läuft und die Ausbeute hoch ist. Geschwindigkeit und Ausbeute sind verschiedene Dinge. Zusätzlich zählen Kosten, Energieverbrauch und Sicherheit.

Im Hochofen gewinnt man Eisen aus Eisenerz, vor allem Eisen(III)-oxid $\mathrm{Fe_2O_3}$. Von oben füllt man Erz, Koks (fast reiner Kohlenstoff) und Kalk ein. Von unten bläst man heiße Luft, den Heißwind. Das Gas steigt auf, die Feststoffe sinken ab. Drei wichtige Reaktionen laufen ab:

• Der Koks verbrennt und liefert Wärme: $\mathrm{C + O_2 \longrightarrow CO_2}$.
• Mit weiterem Koks entsteht Kohlenstoffmonooxid: $\mathrm{CO_2 + C \longrightarrow 2\,CO}$.
• Das Kohlenstoffmonooxid reduziert das Erz: $\mathrm{Fe_2O_3 + 3\,CO \longrightarrow 2\,Fe + 3\,CO_2}$.

Das ist eine Redoxreaktion. Eisen(III)-oxid wird zu Eisen reduziert, Kohlenstoffmonooxid zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Das flüssige Eisen, das Roheisen, sammelt sich unten. Es enthält etwa 4 Prozent Kohlenstoff und ist spröde. Der Kalk bindet das Gestein des Erzes als Schlacke, die auf dem Eisen schwimmt. Das Erz wird zerkleinert (Zerteilungsgrad), und der Heißwind sorgt für hohe Temperatur.

Ammoniak ist Grundstoff für Düngemittel. Das Haber-Bosch-Verfahren stellt ihn aus Stickstoff der Luft und Wasserstoff her. Die Reaktion ist umkehrbar und exotherm: $\mathrm{N_2 + 3\,H_2 \rightleftharpoons 2\,NH_3}$.

Die Bedingungen sind ein Abwägen:

• Druck: Aus vier Teilchen links werden zwei rechts. Hoher Druck begünstigt die Seite mit weniger Teilchen, also Ammoniak. Man arbeitet bei etwa 200 bar.
• Temperatur: Eine niedrige Temperatur gäbe mehr Ammoniak, aber die Reaktion wäre zu langsam. Eine hohe Temperatur macht sie schnell, aber die Ausbeute sinkt. Als Kompromiss wählt man etwa 400 bis 500 °C.
• Katalysator: Eisen macht die Reaktion bei dieser Temperatur schnell genug.

Pro Durchgang wandeln sich nur etwa 10 bis 20 Prozent in Ammoniak um. Das Gemisch wird abgekühlt, der flüssige Ammoniak abgetrennt, und das übrige Gas fließt zurück in den Reaktor.