In diesem Beitrag geht es um die Reaktion von Kristallviolett mit Natronlauge. Es werden zunächst einige grundsätzliche Angaben zur Theorie des Experiments gemacht. Die Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion wird an diesem Beispiel in einigen Aspekten erläutert. (WK)
Dass ein Stoff uns farbig erscheint, setzt unter anderem bekanntlich ein delokalisiertes Pi-Elektronensystem voraus.
Dass Kristallviolett uns farblich tatsächlich violett erscheint,
hängt damit zusammen, dass es von allen Farbspektren des weißen
Lichtes besondes gut Wellenlängen des Gelb- und Grünbereiches
(ca. 500-600 nm) absorbiert.
Kristallviolett reflektiert die verbleibenden Lichtspektren, besonders
den Rotbereich (> 600nm) und den Blau- bzw. den Violettbereich (<
500nm), was zusammen die Farbe Violett ergibt.
Kristallviolett hat sein Absorptionsmaximum bei 550 nm, also im Übergang
vom Gelb- zum Grünbereich.
Das Prisma in einem Photometer ist in der Lage, weißes Licht einer
Lichtquelle in die einzelnen Spektralbereiche zu brechen und diese so zu
"filtern" (mit Hilfe eines Monochromators), dass nur eine bestimmte
Wellenlänge die Probelösung "bestrahlt".
Mit Hilfe des Photometers wird die Extinktion eines Stoffes bei einer oder
mehreren bestimmten Wellenlängen ermittelt.
Die Extinktion ist ein Maß für das Absorptionsvermögen
eines Stoffes bei gegebener Wellenlänge. Mit Hilfe des Photometers
wird hierzu die Intensität des hindurchtretenden Lichtes bei ungefärbter
Probelösung I0 mit der Intensität des hindurchtretenden
Lichtes bei gefärbter Probelösung I verglichen.
Generell gilt: Je größer die Lichtdurchlässigkeit (Transmission)
eines Stoffes, desto größer die Extinktion (Maß für
die Absorption).
E = lgI0/I
Es gilt: Wenn die Transmission I° = 100% ist, dann beträgt
die Extinktion E°=0.
Werden z B. noch 20% der anfänglichen Lichtintensität gemessen,
gilt:
E = lgI0/I , E = lg100/20 = lg5 = 0.699
Die Extinktion E ist proportional der Schichtdicke d und der Konzentration
c des zu untersuchenden Stoffes.
Eine Aussage hierüber macht das Lambert-Beersche Gesetz:
E=c*d*EK
Also gilt auch:
E°=c°*d*EK
EK ist ein stoffspezifischer Proportionalitätsfaktor, molarer Extinktionskoeffizient genannt.
Bei photometrischen Betrachtungen kann die Schichtdicke d - in der Regel - vernachlässigt werden, da die Küvette des Photometers eine Schichtdicke von 1 cm hat.
Aus der Umformung des oben genannten Gesetzes ergibt sich somit:
c=E/E°*c°
Materialien:
- Photometer für Normküvetten
- 1 Computer mit der Software Unimess vom Arbeitskreis Computer im Chemieunterricht
- kleine Messbecher bzw. Reagenzgläser
- 3 Messpipetten je 5 ml
Chemikalien:
- jeweils 5 ml 0,01 mol/l NaOH-Lösung, ca. 20 ml (gesamt, mehrere
Messungen möglich)
- jeweils 5 ml 2*10-5 mol/l Kristallviolett-Lösung, ca.
20 ml (gesamt, für mehrere Messungen)
- Hinweise zum Ansetzen der Lösungen: M(Kristallviolett): 372,58 g/mol.
Obwohl nur ca. 20 ml von der Kristallviolett-Lösung nötig sind,
ist es sinnvoll, 1 l anzusetzten, weil die für 20 ml nötige Menge
zu gering ist, um genau abgewogen zu werden.
Der Ausgangsextinktionswert E° ergibt sich aus der Extinktion von
NaOH, wozu 5 ml NaOH mit 5 ml Wasser gemischt werden. Mit diesem Gemisch
wird für eine Wellenlänge von 550 nm ein Extinktionwert von 0
eingegeben (Nullabgleich am Photometer).
Außerdem werden 5 ml Kristallviolett mit 5 ml Wasser gemischt, mit
diesem Gemisch wird nun die Extinktion E° der Lösung bestimmt.
Jetzt wird so rasch wie möglich ein Gemisch von 5 ml NaOH und 5 ml
Kristallviolettlösung in eine Bürette gefüllt und die Extinktion
gegen die Zeit mit Hilfe des Computers verfolgt, wobei die Extinktion auf
der Ordinate und die Zeit in Sekunden auf der Abszisse aufgetragen wird.
Die Messungen werden über eine Zeit von 15 min in einem Intervall
von einer Sekunde vorgenommen. Will man möglichst genaue Werte erhalten,
muss man, um Messfehler auszuräumen, bei mehrmaligem Versuchsansatz
das Photometer jedesmal neu eichen.
[(CH3)2N-C6H4]3C++OH- ---> [(CH3)2N-C6H4]3C-OH
Durch die Reaktion wird das Pi-Elektronensystem destabilisiert,
wodurch es - seiner mesomeren Eigenschaften "beraubt" - dem menschlichen
Betrachter nicht mehr fabig erscheint.
Aus der folgenden grafischen computerunterstützten Auftragung (Extinktions-Zeit-Diagramm) läßt sich der Zusammenhang zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Konzentration ermitteln.
In einem bestimmten Zeitintervall (T½) halbiert sich die Extinktion, nach 2*T½ ist E(2*T½) nur noch 1/4 E0, nach E(3*T½) = 1/8 E0 usw. die Extinktion nimmt also exponentiell mit der Zeit ab.
E(t) = E0 * e-k*t
k ist die Geschwindigkeitskonstante.
Deutlich wird dieses beim Linearisieren, d.h. bei der Auftragung von ln E gegen t. Hier ergibt sich eine Gerade.
ln E(t) = ln E0 - k*t
k ist hier der Proportionalitätsfaktor, der unmittelbar den Zusammenhang
zwischen dem ln der Konzentration und Zeit darstellt:
Nach dem Lambert-Beerschen Gesetz kann man auch schreiben:
c(t) * d * Ek = c0 * d * Ek * e-k*t
c(t) = c0 * e-k*t
ln c(t) = ln c0 - k*t
Allgemein gilt: Ergibt sich bei Auftragung des ln (c) gegen t eine Gerade, so liegt eine Reaktion 1. Ordnung vor!
[1] Kappenberg, F.: Materialien für den Chemieunterricht - Band
II, Analytik, 1. Auflage 1992
Ausgearbeitet im Rahmen der Chemie-AG des Käthe-Kollwitz-Gymnasiums
Wilhelmshaven von Wolfgang Kröger.
Letzte Änderung: 14.04.1997
Bei Fragen, Anregungen usw. Email an die Email-Adresse der Schule (siehe
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