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Internship Report
Chemistry

University, School

Universität Ulm

Grade, Teacher, Year

Sommersemester 2013

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Die Beeinflussung der Klimaelemente durch unterschiedlich­e Klimafaktoren Tabulatorische Gegenüberstellu­ng der folgendene Klimaelemente: Temperatur Luftfeuchtigkei­t Luftdruck Niederschlagsme­nge Niederschlagsfo­rm Bewölkung Windstärke Windrichtung Sonnenscheindau­er Nebel / Dunst Sowie deren jeweilige (wenn zutreffend) Beeinflussung durch die folgenden Klimafaktoren: Höhenlage Relief Geographische Breite Bodenbedeckung Lage zum Meer Aerosolgehalt Windrichtung Hoch-Tief Lage Klimaelement Temperatur…
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Beeinflussung der Geschwindigkeit ionischer Reaktionen durch Fremdsalzzusatz, Photometrie

Praktikum Physikalische Chemie PCFP

Inhaltsverzeichnis

1. Kurzzusammenfassung (Abstract) 2

2. Theorie. 2

2.1 Aktivität 2

2.2 Potentiale. 3

2.3 Elektrochemie. 3

2.4 Kinetik. 7

2.5 Photometrie. 8

3. Durchführung. 10

4. Auswertung. 11

5. Anhang. 15


1.     Kurzzusammenfassung (Abstract)

Es wurde der Einfluss von Fremdsalzen auf die Geschwindigkeitskonstante bei der basischen Umsetzung von Phenolphthalein untersucht.

2.     Theorie

2.1  Aktivität

Die Aktivität α ist eine thermodynamische Größe, die in der physikalischen Chemie anstelle der Stoffkonzentration verwendet wird. Sie ist definiert durch:

Der Aktivitätskoeffizient fi beschreibt die Abweichung vom idealen Verhalten. Dieser kann durch Dampfruckerniedriegung (Raoultsches Gesetz) oder durch Siedepunktserhöhung bestimmt werden.

Wenn

gilt, dann spricht man von ideal verdünnten Lösungen.

2.1.2 Ideales und reales Verhalten von Gasen, Mischungen, Elektrolytlösungen

Bei einem idealen Gas geht man davon aus das es aus einzelnen Teilchen besteht, diese üben keine Kräfte aufeinander aus und sind sehr klein gegenüber ihrer gegenseitigen Entfernung und gegenüber den Gefäßdimensionen. Sie bewegen sich nach der Brown`schen Molekularbewegung und beim idealen Gas gilt der Energie- und Impulserhaltungssatz.

Demgegenüber ist es bei realen Gasen so, dass es zu Wechselwirkungskräften kommt. Die Zustandsgleichung des idealen Gases, kann bei sehr niedrigen Drücken als Grenzgesetz für reale Gase betrachtet werden. Da sich reale Gase bei sehr niedrigen Drücken wie ideale Gase verhalten.

Mischungen werden als ideale Mischungen betrachtet, wenn bei ihrer Herstellung keine Mischungseffekte auftreten, d.h. wenn sich Volumen, Innere Energie, Enthalpie des Gesamtsystems additiv verhalten. Zu idealen Mischungen kommt es nur bei sehr ähnlichen Stoffen, wie z.B. Mischungen von zwei unpolaren Stoffen wie Toluol und Hexan.

Bei realen Mischungen kommt es zu Mischungseffekten. Diese können verhindert werden durch stark verdünnte Lösungen.

Elektrolyte werden als ideale Elektrolyte betrachtet, wenn sie vollständig in ihre Ionen dissoziieren. Bei realen Elektrolyten ist eine vollständige Dissoziation nicht zu erwarten.

2.2  Potentiale

Das chemische Potential µ ist eine intensive Zustandsgröße. Geht man von einem reinen homogenen Stoff in einem offenen System, bei konstantem Druck und konstanter Temperatur aus, dann gilt:

Die Einheit für das chemische Potential ist J/mol.

Das elektrische Potential ϕ ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Sie besteht aus dem inneren elektrischen Potential, dem äußeren elektrischen Potential und dem Oberflächenpotential. Das äußere elektrische Potential repräsentiert eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten im gleichen Medium.

Das innere elektrische Potential und das Oberflächenpotential repräsentieren Potentialdifferenzen zwischen zwei Punkten in unterschiedlichen Medien und sind somit, im Gegensatz zum äußeren elektrischen .....[read full text]

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2.3.2 Debye-Hückel-Theorie


2.3.2.1 Annahmen, Modellvorstellungen, Fehler

In der Debye-Hückel-Theorie stellt ein Ion eine Punktladung dar. Es werden nur elektrostatische Kräfte wie Coulomb-Kräfte betrachtet, nicht aber chemische Kräfte wie Van-der-Waals Kräfte. Die Eigendimension der Ionen gegenüber der Ionenwolke soll verschwindend gering sein. Bei dieser Theorie geht man davon aus das eine stark verdünnte Lösung vorliegt.

Das Zentralatom kann willkürlich gewählt werden. Man geht auch davon aus, dass das Lösungsmittel als kontinuierliches dielektrisches Medium betrachtet wird, aber das Referenz-Ion eine diskrete Ladung besitzt.

Schattierung zeigt Nettoladungsdichte aufgrund anderer Ionen.



2.3.2.2 Schritte der Herleitung (grob)

Die Poissonsche Differentialgleichung zeigt den Zusammenhang zwischen dem elektrischen Potential ϕ und der Ladungsdichte ρ:

ε0: Elektrische Feldkonstante

ε: Dielektrizitätskonstante

Δ: Laplace-Operator

Der Laplace Operator wird in Kuge.....

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Aufgrund der Ladungsneutralität gilt und mit ni0 =NAci0 und ci=0,001ci0, ergibt sich:

Diese Gleichung wird nun in die Poissonsche Differentialgleichung eingesetzt. Damit ergibt sich die linearisierte Poisson-Boltzmanngleichung:

Nach umstellen und Auflösen der Differentialgleichung, ergibt sich:

Der erste Term beschreibt das von einem isoliert betrachteten Ion hervorgerufene Potential, wie es in ideal verdünnter Lösung auftritt. Der zweite Term steht für den von der Ionenwolke erzeugten Anteil und ist gleich dem für die Abweichungen vom Idealverhalten verantwortlichen, Zusatzpotential. Das Gesamtpotential wird durch den zweiten Term geschwächt, da dies am Ort des Zentralions (r=a) negativ ist:

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2.3.2.5 Debye-Hückel-Grenzgesetz

Für Wasser bei 298K und ε=78,54 ist A=0,509. In extrem verdünnten Lösungen wird aκ<<1, so dass man zum Debye-Hückel`schen Grenzgesetz kommt:


2.4 Kinetik


2.4.1 Übergangszustand, aktivierter Komplex

Es wird von folgender Reaktion ausgegangen:

Weiterhin wird angenommen, dass sich die Schwerpunkte aller drei Atome stets auf einer Geraden liegen. Im Übergangszustand wird ein aktivierter Komplex ausgebildet.

Man kann den gesamten Reaktionsweg auch folgendermaßen ausdrücken:

Wenn A noch weit entfernt ist, befindet sich Molekül BC in einer tiefen Energiemulde. Bei Annährung von A steigt die potentielle Energie an bis zu einem Sattelpunkt. Hier liegt der aktivierte Komplex vor. Bei weiterer Annährung von A an B, nimmt der Abstand zwischen B und C zu und daraus folgt ein Energiegewinn. Das neugebildete Molekül AB liegt wieder in einer tiefen Energiemulde.

Der Übergangszustand bzw. der aktivierte Komplex wird bei der Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit w.....

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I: Intensität des aus dem Medium ausfallenden Lichtes

ε: molarer dekadischer Absorptionskoeffizient

c: molare Konzentration

l: Breite der Küvette

Der molare dekadische Absorptionskoeffizient ist stoffanhängig. Es ist zu beachten, dass das Lambert-Beer-Gesetz nur für monochromatisches Licht und verdünnte Lösungen gilt, da es nur im linearen Messbereich eine Proportionalität zwischen der Absorption und der Konzentration gibt.


2.5.2 Teilchen im Kasten à Modell für Farbänderung bei Phenolphthalein

Das farblose Phenolphthalein färbt sich im basischen Bereich rosa. Der Lactonring öffnet sich und es entsteht ein Dianion. Im starken basischen Bereich entfärbt sich dieses wieder und es entsteht eine Carbinol-Base. Im rosa gefärbten Dianion besteht eine Konjugation der π-Elektronen über das gesamte Molekül.

Die Elektronen können sich im Molekül frei bewegen, aber dieses nicht verlassen. Deshalb dient das Teilchen im Kasten als Modellvorstellung um die Energie abzuschätzen. In der Carbinol-Base ist diese Konjugation nicht mehr möglich, was z.....

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3.     Durchführung

Zur Vorbereitung des Versuches werden 6 Lösungen mit jeweils der gleichen Konzentration an NaOH (50 mL, 0.1 M) hergestellt. Zur Variation der Ionenstärke werden verschiedene Mengen an KCl oder Na2SO4 dazugegeben. Alle Proben werden anschließend auf 100 mL mit demin. Wasser aufgefüllt.

Die Zugabe von Phenolphthalein (1 mL, 2 mM) erfolgt erst kurz vor der Messung.

Die genauen Mengen der Zugaben können der nachstehenden Tabelle 1 entnommen werden:

Probe

NaOH [mL]

KCL [mL]

Na2SO4 [mL]

H2O [mL]

Phenolphthalein [mL]

Summe [mL]

1

50

0

0

50

1

101

2

50

10

0

40

1

101

3

50

25

0

25

1

101

4

50

0

10

40

1

101

5

50

0

25

25

1

101

6

50

0

50

0

1

101

Tabelle 1: Gemische der 6 Lösungen

Vor Versuchsbeginn werden die Spektrometer auf die Wellenlange 560 nm eingestellt und dann kalibriert. Während des gesamten Versuchsverlaufs darf keine Änderung an der elektronischen Einstellung des Spektrometers erfolgen.

Die 6 Proben werden nacheinander gemessen. Zu Beginn der Messung wird das Phenolphthalein hinzugegeben, ab diesem Zeitpunkt startet die Reaktion und somit auch die Zeitmessung.

Die Küvette wird dann mit der Probelösung gespült um anschließend die Probe zu messen. Dieser Vorgang sollte relativ rasch erfolgen, da wir die Konzentrationsänderung messen wollen und hierfür eine möglichst genaue Anfangskonzentration benötigen.

Aus den erhaltenen Transmissionsdaten lassen sich die Geschwindigkeitskonstanten berechnen und damit kann der Einfluss der Ionenstärke auf die Geschwindigkeitskonstante der .....

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