Reaktionskinetik
Säurekatalysierte Iodierung von Aceton
eine Reaktion pseudo-nullter Ordnung
Ziel: Nachweis einer Reaktion pseudo-nullter Oordnung
Peter Keusch
IBK electronic + informatic
English version
Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:
Schutzhandschuhe und Schutzbrille erforderlich. Das Experiment ist im Abzug durchzuführen!
| |
Reaktionsmechanismus
Die Reaktion von Aceton und Iod zu Iodaceton ist im sauren wäßrigem Medium, wie andere Ketonhalogenierungen, eine durch Protonen katalysierte irreversible Redoxreaktion. In einer ersten Stufe (Teilreaktion 1) wird das Aceton (A) zu AH+ protoniert:
Teilreaktion 1 (schnell)
AH+ wird nur in sehr kleinen Konzentrationen gebildet. Bei der Abspaltung des Protons entsteht entweder wieder Aceton oder das Enol (E).
Teilreaktion 2 (langsam)
Die Teilreaktion 1 ist wie viele andere Protonierungs - Deprotonierungreaktionen relativ schnell. Die Bildung des Enols (Teilreaktion 2) erfolgt hingegen langsam. Da das vom Aceton aufgenommene H + bei der Enolbildung wieder abgegeben wird, ist die Aceton - Enol - Umlagerung (Keto - Enol - Tautomerie) H +- katalysiert. Mit dem Enol reagiert das Iod irreversibel zu Jodaceton (AI) und Iodwasserstoff (HI):
Teilreaktion 3 (schnell)
Da diese Teilreaktion sehr schnell ist (k3 >> k2), wird das in Teilschritt 2 gebildete Enol praktisch sofort umgesetzt, und es stellen sich nur sehr kleine Enolkonzentrationen ein. Die zweite Teilreaktion ist geschwindigkeitsbestimmend. Das gebildete Enol reagiert im dritten Schritt praktisch sofort mit Iod zu Iodaceton.
Kinetische Gleichungen (Download)
Versuchsdurchführung:
50 mL der Reaktionslösung sollen folgende Protonen- und Iodkonzentrationen besitzen:
cH = 0.08 mol · L -1
cI2 = 0.004 mol · L -1
für die 1. Messung: cAc = 0.675 mol · L -1
für die 2. Messung: cAc = 1.35 mol · L -1
für die 3. Messung: cAc = 4.05 mol · L -1
Berechnung der entsprechenden Volumina (Download)
Kalibrierung des Fotometers und Anpassung des Programms Chemex erfolgen in Analogie zur wie im Experiment Bromierung reaktiver Aromaten beschriebenen Verfahrensweise.
Die Absorptionswellenkänge der Iodlösung beträgt 490 nm ein.
 Abb. 1: Versuchsaufbau |
Der Schreiberausgang des Fotometers ist an den Einang Sensor1 der CHEMBOX angeschlossen.
In einen 50 mL Messzylinder pipettiert man 7 mL der 0.5 molaren Schwefelsäure, fügt über eine Bürette das berechnete Volumen an Aceton hinzu, füllt exakt bis zur Marke 46 mL mit dest. Wasser auf und gießt die Lösung in ein Becherglas. In ein zweites Becherglas werden 4 mL der 0.05 molaren Iodlösung pipettiert. Dieses Becherglas wird mit Parafilm verschlossen. Die beiden Bechergläser haltert man in einem Wasserbad, in das ein Kontaktthermometer und ein Thermometer mit 1/10 °C - Einteilung eintaucht. Die beiden Lösungen werden auf die Temperatur im Küvettenschacht des Fotometers (ca 35 °C) gebracht. Während des Temperaturangleichs zwischen dem Wasserbad und der Reaktionslösung erfolgt die Justierung des Fotometers und die Anpassung des Programms Chemex. Nach einem 15 minütigem Temperaturangleich wird die Reaktionstemperatur auf 1/10 °C notiert, die Acetonlösung zügig zu der Iodlösung gegossen, eine mit der Reaktionslösung zu 2/3 gefüllte Küvette in den Strahlengang des Fotometers gebracht und die Messung gestartet. Auf dem Messbildschirm kann sowohl der Verlauf der Transmission als auch der Extinktion verfolgt werden (Abb. 2). Eine Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeit in situ auf der Basis einer kontinuierlichen Erfassung fotometrischer Daten ist nur in schnell ablaufenden Reaktionen möglich (siehe geforderte Temperaturkonstanz). |
Versuchsauswertung:
Abb. 2: Auswertungsbildschirm Transmission / Extinktion
cAc: 0.675 mol · L -1 (1) 1.35 mol · L -1 (2) 4.05 mol · L -1 (3)
Chemex 1.5 gestattet die Überlagerung der einzelnen Messreihen. Bereits im Messprogramm kann das Experiment exakt ausgewertet werden. Durch die linearen Bereiche der Auftragungen der Extinktion gegen die Zeit wird eine Gerade gezogen. Setzt man den Mauszeiger auf den Schnittpunkt der Geraden mit der Abszisse, so zeigt 'Chemex' die Zeit t für das Reaktionsende an.
Berechnung der Geschwindigkeitskonstanten k gemäß Gleichung (21) Kinetische Gleichungen (Download)
Die 3 Messungen ergeben für k einen Durchschnittswert von 0.394 [ L · mol-1 · h -1 ]
Bei einer Reaktion pseudo-nullter Ordnung ist die Reaktionsgeschwindigkeit konstant. Sobald der limitierende Reaktionspartner verbraucht ist, wird die Reaktion abrupt
beendet (Abb. 2).
Hinweis:
Computergestützte Experimente Reaktionskinetik: Säurekatalysierte Iodierung von Aceton - eine Reaktion pseudo-nullter Ordnung
Kinetics of the Iodination of Acetone
Bromination of Acetone
Liste der Chembox-Experimente
