Eine Kettenreaktion ist eine Abfolge von Reaktionen, bei der ein reaktives Produkt oder Nebenprodukt weitere Reaktionen auslöst. Bei einer Kettenreaktion führt eine positive Rückkopplung zu einer sich selbst verstärkenden Kette von Ereignissen.
Kettenreaktionen sind eine Möglichkeit, wie Systeme, die sich nicht im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, Energie freisetzen oder die Entropie erhöhen können, um einen Zustand mit höherer Entropie zu erreichen. So kann ein System beispielsweise nicht in der Lage sein, einen Zustand mit niedrigerer Energie zu erreichen, indem es Energie an die Umgebung abgibt, weil es auf irgendeine Weise daran gehindert wird, den Weg einzuschlagen, der zur Energiefreisetzung führt. Wenn eine Reaktion zu einer kleinen Energiefreisetzung führt, die den Weg für weitere Energiefreisetzungen in einer sich ausdehnenden Kette ebnet, wird das System in der Regel explosionsartig zusammenbrechen, bis ein Großteil oder die gesamte gespeicherte Energie freigesetzt wurde.
Eine makroskopische Metapher für Kettenreaktionen ist daher ein Schneeball, der einen noch größeren Schneeball verursacht, bis schließlich eine Lawine entsteht ("Schneeballeffekt"). Dies ist das Ergebnis gespeicherter potenzieller Gravitationsenergie, die durch Reibung freigesetzt werden soll. Chemisch gesehen ist das Äquivalent zu einer Schneelawine ein Funke, der einen Waldbrand auslöst. In der Kernphysik kann ein einziges verirrtes Neutron zu einem sofortigen kritischen Ereignis führen, das schließlich energiereich genug für eine Kernreaktorschmelze oder (in einer Bombe) eine Kernexplosion sein kann.
Eine andere Metapher für eine Kettenreaktion ist der Dominoeffekt, benannt nach dem Akt des Umstürzens von Dominosteinen, bei dem die einfache Handlung des Umstürzens eines Dominosteins dazu führt, dass schließlich alle Dominosteine umfallen, selbst wenn sie wesentlich größer sind.
Zahlreiche Kettenreaktionen können durch ein mathematisches Modell auf der Grundlage von Markov-Ketten dargestellt werden.
Physik
nukleare Kettenreaktion: Bei einer Kernspaltungsreaktion verursacht ein Neutron die Spaltung eines spaltbaren Atoms, wodurch eine größere Anzahl von Neutronen erzeugt wird, die wiederum weitere Spaltungen verursachen.
Chemie
Eine chemische Kettenreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der ein oder mehrere Zwischenreaktanten (häufig Radikale) kontinuierlich regeneriert werden, in der Regel in einem sich wiederholenden Zyklus von Elementarschritten (dem Ausbreitungsschritt). Diese Art von Reaktion wird unter anderem in den folgenden Fällen beobachtet:
- Kettenpolymerisation ist eine Kettenreaktion, während der das Wachstum einer Polymerkette ausschließlich durch Reaktionen zwischen den Monomeren und den reaktiven Stellen auf der Polymerkette stattfindet, wobei diese reaktiven Stellen am Ende jedes Wachstumsschritts regeneriert werden.
- Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine Labortechnik, die zur schnellen Vervielfältigung von vorbestimmten Bereichen der DNA verwendet wird.