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Computergestützte Experimente - Messung: Leitfähigkeit Reaktionskinetik Alkalische Hydrolyse Hydrolyse von Ethylacetat - eine Reaktion zweiter Ordnung Ziel: Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und der Aktivierungsparameter Peter Keusch |
Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:
Schutzhandschuhe und Schutzbrille erforderlich. Theoretische Grundlagen: Bei der alkalischen Hydrolyse von Essigsäureethylester  wird die eingesetzte Lauge verbraucht und Acetat gebildet. Die Leitfähigkeit eines Ions wird durch dessen Beweglichkeit bestimmt, die ihrerseits von der Größe des Ions abhängt. Da die Leitfähigkeit des großen Acetations geringer als die des kleineren, mobileren Hydroxidions ist, nimmt die Leitfähigkeit der Reaktionslösung in dem Maße ab, wie die alkalische Esterhydrolyse fortschreitet. Folglich kann die Reaktion durch Leitfähigkeitsmessung verfolgt werden. Durch Bestimmung der Leitfähigkeit des Reaktionsgemisches als Funktion der Zeit lässt sich die Geschwindigkeitskonstante ermitteln. Wird die Hydrolyse bei verschiedenen Reaktionstemperaturen durchgeführt, so kann die Aktivierungsenergie bestimmt werden. Kinetische Gleichungen (Download PDF-Datei) Erstellung einer Eichgeraden: Die mit dem Programm Chemex aufgenommenen Messdaten werden in Microsoft Excel importiert und hier ausgewertet. Um die einzelnen Leitfähigkeitskurven (verschiedene Reaktionstemperaturen) vernünftig zu überlagern (Abb. 5), sind die registrierten k-Werte mit einem Faktor zu korrigieren, der die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Temperatur berücksichtigt. Anhand der Bestimmung der Leitfähigkeit einer 0.005 molaren H2SO4, ergibt sich für den Temperaturbereich von 19 - 50 °C das folgende Diagramm. |
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| Wert bei 25°C: | 5.25 = 1 |
| 40°C: | 6.6 = x |
| ---------- | |
| KF = 6.6 ÷ 5.25 = 1.26 |
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Neben dem Leitfähigkeitsprüfer (1) ist auch eine Temperatursonde (2) über Eingang
Sensor2 an die CHEMBOX angeschlossen (Abb. 2). Im Dreihalskolben, der in das Wasserbad taucht, werden 100 mL 0.02 molare Natronlauge (0.002 mol) vorgelegt. Mit Hilfe des Magnetrührers und eines Kontaktthermometers wird das Wasserbad auf die gewünschte Reaktionstemperatur (40 bis 50 °C) gebracht. Nach Temperaturkonstanz werden der Natronlauge mit einer Mikropipette 0.39 mL Essigsäureethylester (0.004 mol) unter kräftigem Rühren zugefügt und sofort die Messung gestartet. Der Messtakt beträgt 1 s, die Aufnahmezeit 10 Minuten. Temperaturkonstanz und sich ändernde Leitfähigkeit können am Messbildschirm verfolgt werden (Abb. 3). Um die Bestimmung der Aktivierungsparameter zu ermöglichen, wird die Reaktion bei drei verschiedenen Temperaturen untersucht. |
| Messung | T [ °C ] | Korrekturfaktor (KF) | k¥ [ mS ]
(korrigiert) 1
| 50.1
| 1.43
| 2.2214
| 2
| 45.5
| 1.35
| 2.1976
| 3
| 39.6
| 1.26
| 2.2042 | |
| 39.6 [ °C ] | 45.5 [ °C ] | 50.1 [ °C ]
| k [ L · mol -1 · s -1 ] |
0.3487
| 0.4697
| 0.5918 | |
