Peter Keusch, Universität Regensburg
English version William W. Dorner Die Alkalische Hydrolyse von Estern (Versuchsdurchführung und Auswertung) kann durch Leitfähigkeitsmessung verfolgt werden. Im folgenden ist aufgezeigt, wie die mit einem Messwerterfassungssystem (Cassy bzw. Chembox/Chemex) registrierten Daten in Microsoft Excel sachgerecht und überzeugend ausgewertet werden. Excel-Datei - Alkalische Hydrolyse von Propansäureethylester (Download) Auftragung der Leitfähigkeit k gegen die Zeit t Es soll eine graphische Darstellung gewählt werden, in der die Messpunkte durch eine geglättete Linie miteinander verbunden sind.
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Bild 1: Wahl des Diagrammtyps
Im nun generierten Diagramm kann durch Doppelclick auf die Kurvenlinie deren Gestaltung den Bedürfnissen (z.B. Farbe der Kurvenlinie) angepaßt werden. Nach Doppelclick auf die Fläche läßt sich die Zeichnungsfläche formatieren, z.B. der beim Ausdruck störende graue Hintergrund entfernen. Doppelclick auf die Achsen eröffnet die Möglichkeit, deren Skalierung zu ändern (Bild 2).
Bild 2: Liniendiagramm Auftragung der Leitfähigkeitswerte gegen die Zeit t
Hydrolyse des Propansäureethylesters bei 48.3 °C (1) 52.1 °C (2) und 58.4 °C (3)
Anwendung des Geschwindigkeitsgesetzes zweiter Ordnung
Konvertierung der Messdaten
Die alkalische Esterhydrolyse stellt eine Reaktion zweiter Ordnung dar.
Der Messwerttabelle wird der Wert für k¥ (z.B. 1,18) entnommen. In die erste Zelle (z.B.F4), die entsprechend Gleichung (18) Kinetische Gleichungen (Download) den Wert für y = ln (0,5 * (k0 - k¥) / (k - k¥) + 0,5) * 50 erhalten soll, trägt man z.B. folgende Formel ein:
In der Zelle erscheint der Wert, der aufgrund der eingegebenen Formel errechnet wird. Zieht man die Zelle an ihrem Knoten (rechtes, unteres Eck der Zellumrandung) nach unten, so wird die Formel in die darunter liegenden Zellen kopiert (Tabelle 2).
Tabelle 2: Konvertierung der Messdaten und Markierung der Spalten
Erstellung des Punktdiagramms:
Nach Markierung der Zeitwerte und des Blocks der ‘y-Werte’ - letzteres bei gedrückter Strg-Taste - (Tab. 2) bis zu einem Reaktionsumsatz von ca 70 %, wird Excel unter dem Menüpunkt 'Einfügen® Diagramm’ angewiesen, eine Graphik mit den markierten Zellen zu erstellen. Im vorliegenden Fall ist es sinnvoll, ein Diagramm zu wählen, in dem die einzelnen 'Messpunkte ohne Verbindungslinie' dargestellt werden (Bild 3 und 4).
Bild 3: Wahl des Diagrammtyps
Bild 4: Punktdiagramm gemäß Gleichung (18) Kinetische Gleichungen (Download)
Graphische Bestimmung der Geschwindigkeitskonstanten k
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Graphen erst nach einer Induktionsphase Linearität aufweisen. Die Messwertpaare der linearen Bereiche (siehe Trend 1,2 und 3 in Tabelle 3) werden jeweils im Tabellenblatt synchron markiert, kopiert und im Diagramm unter dem Menüpunkt 'Bearbeiten ® Inhalte einfügen’ eingefügt.
Tabelle 3: Markierung der Werte des linearen Bereichs
(nur jedes zwölfte Messwertpaar berücksichtigt)
Excel wird mitgeteilt, dass die kopierten Zellen als ‘Neue Datenreihe' eingefügt werden sollen, die ‘Werte (Y) aus Spalten’ stammen und die ‘Rubriken (X - Achsenwerte) in erster Spalte’ stehen.
Bild 5: Dialogfenster 'Inhalte einfügen'
Im Diagramm erscheinen die Messpunkte der eingefügten Messreihe in einer anderen Farbe (Bild 6) 1 .
Nach Click mit der rechten Maustaste auf einen der markierten Messpunkte ist ‘Trendlinie hinzufügen' zu wählen und der sich öffnende Dialog mit Typ 'Linear' zu bestätigen (Bild 6). Durch Click mit der linken Maustaste auf die Ausgleichsgerade läßt sich diese unter 'Optionen ® Trend’ nach beiden Seiten verlängern. Mit Doppelclick auf die Regressionslinie können deren Linienstärke, Farbe etc. bestimmt werden. Unter 'Optionen ®Gleichung im Diagramm darstellen’ wird die entsprechemde Geradengleichungen (y = ax + b) ermittelt. Um die Gleichung besser sichtbar zu machen, kann sie an jede Stelle des Diagramms gezogen werden. Der Koeffizient vor x gibt den Wert für die Steigung der Geraden und somit die Geschwindigkeitskonstante k an (Bild 6).
Bild 6: Lineare Regression Einfügen einer Trennlinie Geradengleichung
1 Analog können Messreihen mit unterschiedlichen Zeitintervallen in einem Diagramm überlagert werden.
Die Bromierung reaktiver Aromaten (Versuchsdurchführung und Auswertung) wird durch fotometrische Messung verfolgt
Excel-Datei - Bromierung von Acetanilid (Download)
Angenommen, die Reaktion gehorcht einem Geschwindigkeitsgesetz pseudo-erster Ordnung, so kann die entsprechende Geschwindigkeitskonstante in einem Diagramm ermittelt werden, in dem die Extinktion gegen die Zeit aufgetragen ist. Gemäß Gleichung (7) Kinetische Gleichungem (Download) wird eine Exponentialkurve durch die markierten Messpunkte gelegt. Unter 'Trennlinie einfügen' wird der Typ ' Exponentiell' gewählt und anschließend unter 'Optionen' die Kurvengleichung ermittelt. y = A e - kx stellt die allgemeine Form der Exponentialgleichung dar, in der k der Geschwindigkeitskonstanten k' entspricht (Bild 7).
Bild 7: Bromierung von Acetanilid bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen
Auftragung der Extinktion gegen die Zeit Ermittlung der Geschwindigkeitskonstante k'
