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Computergestützte Experimente - Messung: Absorption Peter Keusch |
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IBK electronic + informatic |
Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:
Schutzbrille und Schutzhandschuhe erforderlich. Die Bereitung der Triphenylmethanfarbstoff-Lösungen erfolgt im Abzug. Theoretische Grundlagen: Die Triphenylmethanfarbstoffe sind in Wasser lösliche Salze, die ein farbiges Kation aufweisen. Bei Addition von Hydroxid an das zentrale C-Atom des Chromophors wird das System der konjugierten Doppelbindungen unterbrochen und eine farblose Carbinolase gebildet. 
Abb. 1: Entfärbung von Kristallviolett
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In eine Küvette werden 2 mL der Trighenylmethanfarbstoff-Lösung pipettiert. In eine zweite
Küvette gibt man 2 mL 0.1 M NaOH. Die beiden Küvetten werden anschließend 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 auf 1/10 °C. Die Natronlauge wird zügig zu der Lösung des Triphenylmethanfarbstoffs gegossen. Die Küvette wird kurz geschüttelt, mit Papier gut abgetrocknet, in den Strahlengang des Fotometers gebracht und die Messung gestartet. Der Messtakt beträgt 1 Sekunde. Auf dem Messbildschirm kann sowohl der Verlauf der Transmission als auch der Extinktion verfolgt werden. Es empfehlen sich folgende Temperaturbereiche: Für die Entfärbung von Malachitgrün 17 - 25 °C, von Fuchsin 20 - 26 °C, von Kristallviolett 39 - 49 °C. Um die Bestimmung der Aktivierungsparameter zu ermöglichen, wird die Reaktion jeweils bei drei verschiedenen Temperaturen untersucht. Eine Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeit in situ auf der Basis einer kontinuierlichen Erfassung fotometrischer Daten ist nur in schnell ablaufenden Reaktionen möglich (siehe geforderte Temperaturkonstanz). |
Malachitgrün bei 298.15 K |
 Abb. 4: Verdrillung der Phenylringe sterische Abstoßung der ortho-ständigen Wasserstoffatome (blau) |
Die geometrische Struktur des Triphenylmethyl-Systems scheint primär für die Geschwindigkeit verantwortlich zu sein, mit der
Reaktionen am zentralen Kohlenstoffatom ablaufen.
· Im Malachitgrün sind lediglich zwei der drei Phenylringe mit einer Dimethylaminogruppe substituiert. Die beiden substitutierten Ringe sind nahezu planar ausgerichtet. Der dritte Ring ist aus der Ebene der beiden koplanaren Ringe herausgedreht. Die partielle Planarität des Moleküls macht das zentrale C-Atom für den nukleophilen Angriff des Hydroxidions zugänglich. · Kristallviolett, auf der anderen Seite, reagiert mit Hydroxidionen wesentlich langsamer. Röntgenstrukturanalyen zeigen, dass die geometrische Struktur des Kristallvioletts (wie die des Fuchsins) einem 3-flügeligen Propeller ähnelt. Die Ebenen der Phenylringe sind aus einer Ebene herausgedreht, die vom zentralen C-Atom und seinen drei Bindungen festgelegt ist. Der dihedrale Winkel zwischen den Phenylringen und der Koordinationsebene beträgt 27.7°. Die Verdrillung der Phenylringe kann als Kompromiss zwischen der sterischen Behinderung ortho-ständiger H-Atome benachbarter Ringe und der eine planare Struktur begünstigenden maximalen Resonanzstabili-sierung des ausgedehnten konjugierte p -Sytems angesehen werden. Aufgrund der propellerartigen Struktur ist der nukleophile Angriff auf das Reaktionszentrum sterisch behindert. |
Demonstrationsxperimente auf Video
Kristallviolett - pH-Indikator
