Kinetik: Entfärbung von Methylorange mit Zinn(II)-Chlorid

Computergestützte Experimente - Messung: Absorption

Reaktionskinetik
Entfärbung von Methylorange mit Zinn(II)-Chlorid - eine Reaktion pseudo-erster Ordnung
Ziel: Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und der Aktivierungsparameter

Peter Keusch

Messwerterfassung mit dem Programm CHEMEX und dem
Analog-Digital-Wandler CHEMBOX
IBK electronic + informatic

English version

Chemikalien:
0.001 M Methylorange
konz Salzsäure
SnCl₂ · 2 H₂O

0.2 M SnCl₂-Lösung: 25 g SnCl₂ · 2 H₂O werden in 21.8 mL konz. HCl gelöst und die Lösung auf 1 L mit dest. Wasser aufgefüllt.

Geräte und Glaswaren:
	Magnetrührer
	3 Magnet-Rührstäbchen
	Rührstabentferner
	Kristallisierschale 1000 mL (für Wasserbad)
	Kontaktthermometer
	Thermometer 0 - 50 °C (Auflösung: 0.1 °C)
	2 Messkolben 1000 mL
	2 Bechergläser 50 mL
	2 Vollpipetten 20 mL
	Mikropipette
	Diodenfotometer (IBK)
	Kunststoff-Küvetten 10 mm × 10 mm × 45 mm (Sarstedt)
	Entsorgungskanister

Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Konz. Salzsäure verursacht Verätzungen und reizt die Atmungsorgane.

Zinn(II)-chlorid ist gesundheitsschädlich beim Verschlucken. Reizt die Atmungsorgane, Augen und die Haut.

Schutzbrille und Handschuhe erforderlich! Das Experiment in einem gut duchlüfteten Raum durchzuführen. Die SnCl₂-Lösung ist im Abzug zu bereiten!

Theoretische Grundlagen:

SnCl₂ reduziert Methylorange in stark saurer Lösung unter Bildung von p-Amino-benzolsulfonsäure und p-Amino-dimethylanilin:

Abb. 1: Entfärbung von Methylorange mit Sn ²⁺

Folglich kann die Reaktion mittels fotometrischer Messungen verfolgt werden. Unter den gegebenen Bedingungen (siehe Versuchsdurchführung - Überschuss eines Reaktionspartners) liegt eine Reaktion pseudo-erster Ordnung vor.

Kinetische Gleichungen (Download PDF-Datei)

Kalibrierung des Fotometers und Anpassung des Programms Chemex erfolgen in Analogie zu der im Experiment Entfärbung von Phenolphtalein in alkalischem Medium beschriebenen Verfahrensweise.

Versuchsdurchführung:

Abb. 2: Versuchsaufbau

In ein Becherglas werden 20 mL 0.2 M SnCl₂-Lösung pipettiert, ein zweites wird mit 20 mL 0.001 M Methylorange - Lösung versorgt. Die beiden Bechergläser werden mit Stativklammern in einem Wasserbad gehaltert, in das ein Kontaktthermometer und ein Thermometer mit 1/10 °C - Einteilung eintaucht (Abb. 2). Um Reaktionstemperaturen unterhalb der Raumtemperatur zu erhalten, wird dem Wasserbad Eis hinzugefügt

Die beiden Lösungen werden auf die gewünschte Temperatur gebracht. Nach einem 15 minütigem Temperaturangleich notiert man die Reaktionstemperatur.

In eine Küvette pipettiert man 2 ml der thermostatisierten SnCl₂ - Lösung und 1 mL der thermostatisierten Methylorange-Lösung. Die Küvette wird kurz geschüttelt, mit Papier gut abgetrocknet, in den Strahlengang des Fotometers (470 nm) gebracht und die Messung gestartet. Der Messtakt beträgt 1 Sekunde.

Auf dem Messbildschirm kann der Verlauf der Transmission verfolgt werden.

Eine Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeit in situ auf der Basis einer kontinuierlichen Erfassung fotometrischer Daten ist nur in schnell ablaufenden Reaktionen möglich (siehe geforderte Temperaturkonstanz).

Abb. 3: Auswertungsbildschirm Überlagerung der Transmissionskurven
1: 7 °C 2: 10 °C 3: 14 °C 4: 21 °C

Versuchsauswertung:

Auswertung der bei der Entfärbung von Methylorange mit der CHEMBOX erfassten Messdaten in Microsoft Excel - Ermittlung der Geschwindigkeitskonstante k und der Aktivierungsparameter

Im Tabellenblatt erstellt man (Tab. 1) einen Block, der die Auftragung von -lnE gegen t ermöglicht (Abb. 4).

Excel

Tab. 1: Messwerte T (t) Berechnung von -lnE

Temperatureffekt

Abb. 4: Ermittlung der Proportionalitätskonstanten k'
1: 7 °C 2: 10 ° C 3: 14 °C)

Messung	T [ °C ]	k' [ s^-1]	k [ L · mol^-1 · s^-1 ]
1	7	0.0455	0.3033
2	10	0.0548	0.3653
3	14	0.0676	0.4507

Tab. 2: Berechnung der Geschwindigkeitskonstanten k
(Gemäß Reaktionsansatz gilt: k = k' / 0.15)

Trägt man die Geschwindigkeitkonstanten und die entsprechenden Reaktionstemperaturen in die Tabelle der Excel-Datei Aktivierungsparameter (Download) ein, so werden alle Aktivierungsparameter (Tab. 3) errechnet und in einem Diagramm die Auftragungen nach ARRHENIUS und EYRING (Abb. 5) realisiert.

Tab. 3: Berechnung der Aktivierungsparameter

Arhenius und Eyring

Abb. 5: ARRHENIUS- (1) und EYRING-Plot (2)

Liste der Chembox-Experimente