14. Esterhydrolyse 1 (3) RT

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1 14. Eserhydrolyse 1 14 ESTERHYDROYSE Die Geschwidigkei eier chemische Reakio (besimm z. B. durch die zeiliche Abahme der Kozeraio des Ausgagssoffes A) häg allgemei vom Produk der Kozeraioe der Reakioseilehmer A, B, C... ab: d[ A a b c k[a [B [C... (1) d Die Reakiosordug is durch die Summe der Expoee a, b, c... defiier. k bedeue die Geschwidigkeiskosae. Sie häg ich vo der Kozeraio der reagierede Soffe, jedoch vo der Ar der Reakio ud vo der Temperaur T ab. Nach Arrheius gil für die Abhägigkei der Geschwidigkeiskosae k vo der Temperaur T : d l k d Ea (2) 2 RT E a bedeue die Akivierugseergie, R die allgemeie Gaskosae. Durch Iegraio erhäl ma: Ea l k + l A (3) RT Die Iegraioskosae A ka ur posive Were aehme, da der ogarihmus für egaive Were ich defiier is. A e ma Soßfakor. Für T imm A de Wer k a. So heiß A auch die maximale Geschwidigkeiskosae. I diesem Versuch soll der Zusammehag zwische de für eie chemische Reakio charakerisische Größe wie die Reakiosordug, die Geschwidigkeiskosae ud die Akivierugseergie uersuch werde. Versuchsvorbereiug - Reakiosmechaisme: -Reakioe mi radikalische Übergagskomplexe -Reakioe mi ioische Übergagskomplexe -Mehrzerereakioe Geschwidigkeisgleichuge: -Reakioe. Ordug

2 14. Eserhydrolyse 2 -Reakioe 1. Ordug -Reakioe 2. Ordug - Soßheorie Theorie des Übergagszusades Alkalische ud saure Eserhydrolyse eifähigkei: -eifähigkeismessgröße -Kozeraiosabhägigkeie der Messgröße -Kohlrausch-Gesez -Messug der Elekrolyleifähigkei Theoreischer Teil Die alkalische Eserhydrolyse verläuf im allgemeie ach folgedem Mechaismus: R' O OR' OH - lagsam HO O - R' OR' O O + R''O - + R''OH R' OH R' O - schell schell Dabei is der erse Schri der geschwidigkeisbesimmede. Für die Reakiosgeschwidigkei v zur Zei gil v d[oh d[eser k[oh [Eser (4) d d [OH Kozeraio der OH -Ioe zur Zei [Eser Kozeraio des Esers zur Zei Das Geschwidigkeisgesez esprich eier Reakio zweier Ordug. Zu Begi der Reakio ( ) beräg die Kozeraio der OH -Ioe [OH ud die des Esers [Eser. Die zeiabhägige Kozeraioe [OH ud [Eser sid aufgrud der Söchiomerie der Reakio aeiader gekoppel. Aus messechische Grüde is es sivoll, die Umsazvariable x eizuführe. Es gil x [OH [OH (5)

3 14. Eserhydrolyse 3 ud wege der Söchiomerie x [Eser [Eser (6) Gib ma gleiche Afagskozeraioe a OH -Ioe ud Eser vor: [OH [Eser (7) so folg ach Gl. (4): d[oh 2 k[oh (8) d oder mi (5) dx d ( 2 k [HO x) (9) Durch Iegraio mi der Radbedigug x erhäl ma k 1 x (1) [OH ([OH ) x Gleichug (9) läss sich verallgemeier. Für eie Reakio er Ordug gil, we alle Reakiosparer die gleiche Afagskozeraio aufweise, dx d k( x [A ) (11) [A bedeue die Afagskozeraio des Ausgagssoffes A. Durch Treug der Variable läss sich (11) iegriere: 1 k ([A x) dx d (12) Nach Ausführug der Iegraio erhäl ma: k (13) ([A x) [A

4 14. Eserhydrolyse 4 Führ ma die sogeae Halbwerszei τ ei, die als die Zei defiier is, ach der sich die Afagskozeraio des Soffes A halbier ha ([ A [A / 2, x τ [ A / 2 ), so folg aus (13) τ 1 (14) k 1 ( 1) [A Ermiel ma die Halbwerszeie für zwei uerschiedliche Afagskozeraioe [A ud [A, so erhäl ma 1 eier chemische Reakio besim- τ [A [A τ Aus Gleichug (15) läss sich die Reakiosordug me. (15) Bei der alkalische Eserhydrolyse läss sich die Umsazvariable x(), mi der die Reakiosgeschwidigkeiskosae k ermiel wird, durch Messe der elekrische eifähigkei des Sysems besimme. imm währed der Eserhydrolyse ab, da OH -Ioe mi eier höhere Ioeleifähigkei durch RCOO -Ioe mi eier gerigere ersez werde. Bedeue die eifähigkei zur Zei, E die eifähigkei zur Zei ud die eifähigkei am Ede der Reakio, so gil x (16) [OH x E (17) ud E τ. (18) 2 Mi (1) gil k 1 [OH E (19) oder 1 + [OH k E (2)

5 14. Eserhydrolyse 5 Träg ma i eiem Diagramm Gerade besimme. gege ( )/ auf, so läss sich k aus der Seigug der Aufgabe Besimme Sie die Reakiosordug der alkalische Eserhydrolyse ud ermiel Sie die Geschwidigkeiskosae bei vier uerschiedliche Temperaure. Besimme sie aschließed graphisch die Akivierugseergie der Reakio. Versuchsdurchführug eifähigkeismessuge mi dem eifähigkeismessgerä Philips PW 954, siehe Soderaleiug Der vom Assisee ausgegebee Eser ha eie Molmasse vo 74 g/mol ud eie Diche vo,93 g/cm 3. Die beöige Kozeraio der Eserlösug ud der NaOH -ösug vo jeweils,2 mol/ muss durch Verdüe hergesell werde. Die Messug der eifähigkei,, erfolg mi der Eisellug 2 Hz am eifähigkeismessgerä. Die beöige Volumia der ösuge für die Befüllug der Messzelle sid vorher zu ermiel. Die Messelekrode solle jeweils bis zu de öcher im Plasikeisaz eiauche. Die NaOH -ösug ( c,2 mol/) wird i die Messzelle (Becherglas) gefüll. Nach Eiselle des Temperaurgleichgewiches wird das gleiche Volume der Eserlösug ( c,2 mol/) gleicher Temperaur hizugefüg. Dabei werde die Flüssigkeie durch Eiauche ud Rühre mi der Elekrode vermisch (Afagskozeraio des Esers: c ) ud es wird sofor mi de eifähigkeismessuge begoe. Der zu wählede Messbereich am Messgerä is vorher zu ermiel. Währed der erse 5 Miue lies ma die eifähigkei jede halbe Miue ab, daach i größere Zeiabsäde. Isgesam wird die eifähigkei 4 Miue lag beobache, wobei mideses 2 Ablesuge oier werde. Aschließed wird die Reakioslösug ewa 1 Miue im Wasserbad erhiz (Messzelle mi Uhrglas abdecke, um ei übermäßiges Verdampfe des ösugsmiels zu vermeide), um die Beedigug der Reakio zu beschleuige (die Tauchelekrode wird währeddesse i desillieres Wasser gesell). Nach dem Kühle auf die Temperaur des Thermosae lies ma de Edwer für die eifähigkei ab. Die Elekrode muss ses vollsädig vo ösug bedeck sei, gegebeefalls E muss Reakioslösug gleicher Kozeraio ud Temperaur achgefüll werde.

6 14. Eserhydrolyse 6 Es sid isgesam 5 Messuge durchzuführe. Alle Messuge werde im Thermosae durchgeführ, d. h., auch die Messuge bei RT (Raumemperaur): bei RT mi c bei RT mi c ½ c bei ewa 35 K mi c bei ewa 31 K mi c bei ewa 315 K mi c Auswerug τ E ) a) Besimmug der Reakiosordug Ma ermiel die Halbwerszeie τ 1 ud τ 2 durch Ablese aus dem Diagramm bei ( + / 2. Dazu muss der eifähigkeiswer (eifähigkei zu Begi der Reakio) durch Exrapolaio ermiel werde. Die Reakiosordug läss sich ach (15) bereche: τ c τ c 1 b) Besimmug der Akivierugseergie Bei eier Reakio 2. Ordug mi gleiche Afagskozeraioe beider Reakiosparer läss sich die Geschwidigkeiskosae k ach Gleichug (2) ermiel. Die ermiele Geschwidigkeiskosae aus de Messuge mi werde ach Gleichug (3) als l k gege 1 T aufgerage ud da die Akivierugseergie E ud der / a Soßfakor A besimm. Ermiel Sie ahad der Akivierugseergie ud der obe agegebee Dae de verwedee Eser. c ieraur P. W. ATKINS Physikalische Chemie, Kap. 28, Absch. 1-3 c, S Verlag Chemie, Weiheim 1996 G. WEDER ehrbuch der Physikalische Chemie, Kap.1, Absch. 5 Verlag Chemie, Weiheim 1997 H.-D. FÖRSTERING, H. KUHN Praxis der Physikalische Chemie Verlag Chemie, Weiheim 1991

7 14. Eserhydrolyse 7 Weierführede ieraur A.A. FROST, R.G. PEARSON Kieik ud Mechaismus homogeer chemischer Reakioe Verlag Chemie, Weiheim 1981 K.J. AIDER Chemical Kieics McGraw Hill Book Co., New York 1965 H. MAUSER Formale Kieik Berelsma Uiversiäsverlag, Düsseldorf 1974 Für diese Versuch werde Chemikalie mi folgede R-ud S-Säze ausgegebe. R 11 R 36 R 66 R 67 eichezüdlich Reiz die Auge Wiederholer Koak ka zu spröder oder rissiger Hau führe. Dämpfe köe Schläfrigkei ud Beommehei verursache. S 16 S 26 S 29 S 33 Vo Züdquelle ferhale - ich rauche Bei Berührug mi de Auge sofor grüdlich mi Wasser spüle ud Arz kosuliere Nich i die Kaalisaio gelage lasse Maßahme gege elekrosaische Aufladug reffe