Das Estergleichgewicht

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Eine Möglichkeit der Einführung

des chemischen Gleichgewichts

Wieso das Estergleichgewicht?

• Anknüpfung und gleichzeitige Wiederholung

(10. Klasse NTG und SG)

• „echte Gleichgewichtseinstellung“

• Gleichgewichtseinstellung ist gut im Versuch

durchführbar

• Darstellbarkeit der Konzentrationsänderung/en im

Versuch

Das Estergleichgewicht

Grundsätzliche Überlegungen:

- Von welchem Stoff kann während des Versuchs in

geeigneter Weise die Konzentration verfolgt

werden?

- Welches Edukte bzw. welcher Ester?

- Schüler- oder Lehrerversuch oder nur theoretisch?

Von welchem Stoff kann während des Versuchs in geeigneter Weise die Konzentration verfolgt werden?

Verfolgung der Konzentration der Säure durch:

• Leitfähigkeitsmessung (Lösungsmittel Wasser-

Alkohol-

Gemisch)

• Messung der Säurekonzentration durch Titration

(z.B. Galvani Chemie 12 Seite 120 Versuch 3)

Grundsätzliche Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?

Essigsäureethylester

→ alle Edukte und Produkte für Schülerhände erlaubt

→ Problem der Dauer bis zur Gleichgewichtseinstellung

bei niederen Temperaturen

→ Für dieses System ist nicht überprüft, dass die

Leitfähigkeit der Säurekonzentration proportional ist

Grundsätzliche Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?

Ameisensäuremethylester

→ Problematik der Giftigkeit von Methanol

Grundsätzliche Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?

Ameisensäuremethylester

→ Problematik der Giftigkeit von Methanol

→ GG stellt sich bei RT vergleichsweise schnell ein

→ Für dieses System ist überprüft, dass die Leitfähigkeit

der Säurekonzentration proportional ist

Grundsätzlich Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?

Ameisensäureethylester

→ alle Edukte & Produkte für Schülerhände

uneingeschränkt erlaubt

→ GG stellt sich bei 45°C vergleichsweise schnell ein

→ Für dieses System ist überprüft, dass die Leitfähigkeit

der Säurekonzentration proportional ist

Versuche

1. Lehrerversuch: Gleichgewichtseinstellung beim

säurekatalysierten Estergleichgewicht

(Ameisensäuremethylester) als zwei gleichzeitig

laufende Meßreihen

2. Schülerversuch: Gleichgewichtseinstellung beim

säurekatalysierten Estergleichgewicht am

Beispiel der Ameisensäureethylestersynthese

Experimentelle Schwierigkeiten

• Methanol

• Kenntnis im Umgang mit dem Messwert-

erfassungssystem

• Katalysator:

konz. Schwefelsäure/Natronlauge vs.

Ionenaustauscher

(1) Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten Ameisensäure-

methylestergleichgewicht als zwei gleichzeitig laufende Messreihen

• Anleitung: http://www.multimedia-chemieunterricht.uni-

erlangen.de/versuche/v25.shtml

• Eingesetzte Chemikalien:

Estersynthese Esterhydrolyse

1/30 mol Ameisensäure 99%ig → 1,26 ml

1/30 Ameisensäuremethylester→ 2,05 ml

6/30 mol Methanol → 8,11 ml

7/30 Methanol → 9,46 ml

15 ml Wasser 15 ml Wasser

1,5 g saurer Kationenaustauscher 1,5 g saurer Kationenaustaucher

(1) Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten Ameisensäure-methylestergleichgewicht als zwei gleichzeitig laufende Messreihen

• Versuchsaufbau:

Schülerversuch: Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten

Estergleichgewicht am Beispiel der Ameisensäureethylestersynthese

Ergebnis:

(1) Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten Ameisensäure-methylestergleichgewicht als zwei gleichzeitig laufende Messreihen

Was kann nun aus dem/n gewonnen Diagramm/en abgeleitet werden?

• Säurekonzentration nimmt zuerst kontinuierlich ab,

bleibt dann auf gleichem Niveau (nicht bei 0!) →

keine „vollständige“ Reaktion

• Unabhängig davon ob von den Edukten oder

Produkten ausgegangen wird, die gleiche

Säurekonzentration wird erreicht

→ Ausweitung zu folgendem Diagramm (leider so im Versuch nicht aufzeichenbar, aber prinzipiell aus

den Werten im Diagramm berechenbar )

Was ist mit den anderen an der Reaktion beteiligten Stoffen?

Abhängigkeit der Edukt- und Produktkonzentrationenvon der Zeit z.B. bei der Estersynthese

Definition des GG auf Stoffebene

• Im Gleichgewichtszustand einer reversiblen Reaktion

liegen alle Reaktionsteilnehmer (Edukt/e und

Produkt/e) als Gemisch konstanter Zusammen-

setzung vor.

• Bei gleichen Versuchsbedingungen ist der GG-

Zustand unabhängig davon, ob von der Edukt- oder

Produktseite ausgegangen wird.

Chemisches Gleichgewicht auf Teilchenebene

Durchführung des „Saugheberversuchs“Notation der Wassermenge in beiden Standzylindern und in den Pipetten/Glasrohren → Diagrammerstellung

Volumen Mess-

zylinder

Zylinder 2

Zylinder 1 .

→ Vergleich mit der Estersynthese

Volumen Pipette

Wem oder Was entspricht die Wassermenge in den Pipetten?

→ Wieso ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit in dieser Art

und Weise?

→ Erklärung über die Stoß/Kollisionstheorie (Anknüpfung an Q11)

→ Ausweitung der vorigen Definition des GG-Zustandes

Ausweitung der vorigen Definition des GG-Zustandes

• Der GG-Zustand ist dynamisch, d.h. sowohl Hin- als

auch Rückreaktion laufen ab, und zwar mit dem-

selben Stoffumsatz → es gilt: vhin = vrück

• ABER! Dies ist nicht gleichbedeutend mit

cEdukte = cProdukte!

Ausweitung: Systeme

Problem: Ist die Reaktion von Zink in verd. Salzsäure auch eine

Gleichgewichtsreaktion?

→ Wie muss ein Versuch gestaltet sein, um dies herauszufinden?

Zusammenfassung

Vorteile• „echte Gleichgewichtseinstellung“• Anknüpfung und Wiederholung• Möglichkeit der Versuchsdurchführung

im L- oder S-Versuch → direkte Verfolgung der Konzen- trationsänderung

• Nachvollziehbarkeit• Übertragung / Vergleich mit Saug-

heberversuch zum tieferen Verständnis und zur Veranschau-lichung der Teilchenebene

• Berechnung der Gleichgewichts-konstanten aus den Messdaten ist möglich

Nachteile• Experimentelle Schwierigkeit-

en (Katalysator, Methanol, Messwerterfassungssystem)

• Relativ lange Dauer der GG-Einstellung und v.a. der Versuchsdurchführung

Abbildungsverzeichnis:

• Folie 4 „Estersynthese“: http://www.versuchschemie.de/ptopic,105781.html• Folie 7 aus: http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_ch3oh.htm und

http://de.wikipedia.org/wiki/Methanol• Folie 13: http://www.multimediachemieunterricht.uni-erlangen.de/versuche/v25.shtml• Folie 17: Brückl, Große, Preitschaft, Zehentmaier: elemente chemie 12, Ernst-Klett-Verlag,

Stuttgart 2011, Seite 30, Abbildung B2• Folie 19 und 20: verändert nach: http://w-hoelzel.de/extern/chemie/Basiskurs12-

13/01gleichgewicht/01StechheberversuchDiagramm-gross.jpg• Folie 22 „Offene und geschlossene Systeme“ http://www.seilnacht.com/Lexikon/tnglsyst.gif