Reaktion von Kristallviolettlösung mit Natronlauge

 

1. Durchführung:

Die Untersuchung der Reaktion erfolgt photometrisch bei einer Wellenlänge von 560 nm.
Hierzu werden in die Küvette des Photometers 5 mL Kristallviolettlösung (c = 5 * 10-5 mol/L) und 5 mL Natronlauge (c = 0,1 mol/L) gegeben. Beide Lösungen werden schnell vermischt.
Zuvor wurde die Extinktion mit einer Küvette, die mit demineralisiertem Wasser gefüllt wurde, auf Null gesetzt.
Die Abhängigkeit der Extinktion von der Zeit (jede volle Minute bis maximal 15 Minuten) wird bestimmt.

 

2. Aufgaben zur Auswertung:

  1. Die Extinktionen werden grafisch gegen die Zeit aufgetragen.
  2. Über die Extinktionen wird die jeweilige Konzentration von Kristallviolett berechnet.
    (Die Ausgangskonzentration zur Zeit 0 Minuten beträgt c0 = 2,5 * 10-5 mol/L)
  3. Die Konzentrationen werden gegen die Zeit aufgetragen.
  4. Zu jeder vollen Minute werden die Reaktionsgeschwindigkeiten bestimmt.
  5. Es wird der  natürliche Logarithmus der jeweiligen Konzentration berechnet.
  6. Die Werte von ln(c) werden grafisch gegen die Zeit aufgetragen.
  7. Welche Reaktionsordnung liegt vor?
  8. Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion?
  9. Erklären Sie die bei dem Versuch abgelaufene chemische Reaktion.

 

3. Beispiel:

 Die Extinktionen wurden mit einem Bruno-Lange-Photometer bestimmt.

Zeit  (min)

Extinktion E

c  *10-5 
(mol/L)

ln(c)

RG *10-6 (mol*L-1/min)

k  (1/min)

0 1,78 2,50 -10,60 ------ -----
1 1,38 1,94 -10,85 5,60 0,25
2 1,07 1,50 -11,11 4,40 0,26
3 0,82 1,15 -11,37 3,50 0,26
4 0,64 0,899 -11,62 2,51 0,25
5 0,49 0,688 -11,89 2,11 0,27
6 0,38 0,534 -12,14 1,54 0,25
7 0,29 0,407 -12,41 1,27 0,27
8 0,23 0,323 -12,64 0,84 0,23
9 0,18 0,253 -12,89 0,70 0,25
10 0,14 0,197 -13,14 0,56 0,25
11 0,11 0,154 -13,38 0,43 0,24
12 0,08 0,112 -13,70 0,42 0,32
13 0,06 0,0843 -13,99 0,28 0,29

Die Berechnung der Konzentrationen erfolgt über eine Verhältnisgleichung und Auflösen nach der gesuchten Größe unter der Annahme, dass das Lambert-Beersche Gesetz Gültigkeit hat:
c = c0 * E / E0
Die Reaktionsgeschwindigkeit lässt sich nach dem Sekantenverfahren (Steigungsdreieck) bestimmen.
In der Tabelle wurde RG berechnet, indem die Differenz zweier aufeinanderfolgender Werte für die Konzentration durch die Zeitdifferenz (1 min) dividiert wurde.
Die Reaktion ist unter den gegebenen Bedingungen (Konzentration der Natronlauge sehr viel größer als die Konzentration der Kristallviolettlösung) eine Reaktion 1. Ordnung, da ln(c) gegen die Zeit aufgetragen in guter Annäherung eine Gerade ergibt.
Dann gilt:
c = c0 * e -k*t
ln(c) = ln(c0)- k *t
Die Geschwindigkeitskonstante ergibt sich aus der Steigung dieser Geraden oder lässt sich aus der Wertetabelle aus zwei aufeinanderfolgenden Werten für ln(c) berechnen, wie in der letzten Spalte der Tabelle geschehen:
k = - (ln(c2) - ln(c1)) / (t2 - t1)

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