Massenwirkungsgesetz

Massenwirkungsgesetz
Sele Alexander, E24,
Charly-Rene Kaiser, E22
29.11.2004
Kapitel 6
Einleitung
Im ersten und zweiten Versuch untersuchten wir die Abhängigkeit der Produktbildung
von der Eduktkonzentration am Beispiel Fe(III)-Thiocyanat bzw. Fe(III)-Salicylat. Die
Reaktion läuft wie fogt ab:
SCN- + [Fe(H2O)6]3+

[Fe(H2O)5SCN]2+
Analog läuft die Reaktion auch mit Salicylat ab.
Das Massenwirkungsgesetz beschreibt die Gleichgewichtskonzentrationen einer
chemischen Reaktion. Die Reaktion zweier Stoffe A un B (Edukte) zu einem neuen
Stoff AB (Produkte) ist nie ganz vollständig. Diese Reaktion lässt sich
folgendermassen darstellen: A + B  AB. Die Geschwindigkeit, mit der die Reaktion
abläuft, nimmt mit der Grösse der Konzentrationen der Edukte zu. Das
Massenwirkungsgesetz lautet K= [AB]/[A][B].
Diese
Versuche
zeigen
die
Abhängigkeit
der
Produktbildung
von
der
Eduktkonzentration.
Im Versuch 6.4 wurde das Oswald’sche Verdünnungsgesetz am Beispiel des
Eisenthiocyanat-Komplexes überprüft. Hierbei geht es nicht – wie bei den vorherigen
Versuchen - um die Konzentration der Edukte sondern um die der Produkte. Es geht
hier also um den Zerfall. Die Reaktion lautet nun gerade umgekehrt: AB  A + B.
Damit lautet die Gleichung für den Dissoziationsgrad α= [A]/[AB].
Versuch 6.1
Material und Methoden
-
Photospektrometer (Metrohm 662 Photometer)
-
Reagenzgläser
-
Vollpipette
-
Wägegläser
-
Messkolben
-
Chemikalien
o Lösungsmittel:

Lösungsmittel 1: 0.5 M KNO3
1 M entspricht 101.1 g/L  12.636g KNO3 in 250 ml H2O

Lösungsmittel 2:0.25 M KNO3 in 0.01 M HNO3
6.319 g KNO3 und 0.1736 ml HNO3 in 250 ml H2O

Lösungsmittel 3: 0.49 M KNO3 in 0.01 M HNO3
12.385 g KNO3 und 0.1736 ml HNO3 in 250 ml H2O
o Stammlösungen

Stammlösung A: 6*10-4 M KSCN-Lösung in Lösungsmittel 1
0.014575 g in 250 ml des Lösungsmittel 1

Stammlösung B: 0.04 M Fe(NO3)3 in Lösungsmittel 2
0.9674 g g in 100 ml des Lösungsmittel 2
Da ich für die Stammlösung A das Lösungsmittel bereits vollständig aufgebraucht
hatte, musste ich zu späterem Zeitpunkt dieses Lösungsmittel erneut herstellen.
Es ist also ratsam, immer genügend Lösungsmittel herzustellen und diese 
nicht komplett für die Herstellung der Stammlösungen aufzubrauchen. Da- 
zu berechnet man in Zukunft besser die Werte für weniger Lösungsmittel 
als vorhanden sind, beispielsweise für 50 ml, hauptsache weniger !!!!!!!!!!!!
Versuchsdurchführung
Zuerst wurde das Absorptionsmaximum bestimmt. Dafür wurden 5 ml der
Stammlösung A mit 5 ml der Stammlösung B vermischt. Als Vergleich für die
Messung der Absorption wurde eine 1:1 Mischung aus der Stammlösung B und dem
Lösungsmittel 1 verwendet. Da man A und B im Verhältnis 1:1 mischt, halbiert sich
die Konzentration der Reaktionslösung. Dies muss auch für die Vergleichs-Lösung
gelten. Auf diese Weise erreicht man, dass sich die Messung der Absorption auf
Eisenthiocyanat beziehen. Man erhielt ein Maximum für die Wellenlänge 458 nm.
Das Absorptionsspektrum befand sich bei
Nun wurde eine Verdünnungsreihe aus der Stammlösung B hergestellt. Durch
Verdünnen im Verhältnis 1:1 mit dem Lösungsmittel 3 wurden 5 Verdünnungen
hergestellt.Jeweils 5 ml der erhaltenen Lösung wurden mit 5 ml der Stammlösung A
versetzt. Diese Lösungen wurden nun bei 458 nm bezüglich der Absorption
gemessen. Als Referenz wurde erneut die hergestellte Verdünnungsreihe verwendet,
die im Verhältnis 1:1 mit dem Lösungsmittel 1 gemischt wurde. Hierbei ist es
wichtig, dass man darauf achtet, eine Lösungsreihe herzustellen mit mehr als
jeweils 5 ml, beispielsweise 50 ml, da diese für die Referenz erneut gebraucht
wird. Da ich das nicht wusste blieb mir nichts anderes übrig, als erneut an die Arbeit
zu gehen. Bitte, Ale und Karl, vermeidet das um Himmels Willen!
Auswertung
Wenn man nun die Konzentration gegen die Absorption aufträgt, sollte man eine
asymtotisch verlaufende Kurve erhalten. Allerdings ist es mit diesen Daten nicht
überaus deutlich zu erkennen.
Konzentration/absorption bei Eisen(III)-Thiocyanat
Absorption
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
Konzentration
0.03
0.035
0.04
0.045
Um nun ε(FeSCN) zu berechnen benötigt man die maximale Absorption und die
SCN- -Totalkonzentration. Diese Konzentration entspricht 6*10-4 M/2, da die
Konzentration durch das Mischen mit der Stammlösung A halbiert wurde. Das
Maximum wird bei 1.2 geschätzt und somit lässt sich ε(FeSCN) berechnen:
A = ε*d*c  ε = A/d*c, ε = 2000[1/M*cm]
Um nun die Konzentration der fünf gemessenen Eisenthiocyanat-Lösungen zu
berechnen, benötigen wir die Konzentrationen von [FeSCN] 2+, von [Fe3+] und von
[SCN-]. Dazu wurde folgende Tabelle erstellt:
Absorption
0.909
0.556
0.341
0.178
0.083
Fe3+ Start
0.02
0.01
0.005
0.0025
0.00125
SCN- Start
0.0003
0.0003
0.0003
0.0003
0.0003
FeSCN2+
2.27E-04
1.39E-04
8.53E-05
4.45E-05
2.08E-05
Fe3+
0.019773
0.009861
0.004915
0.002456
0.001229
SCN0.00007275
0.000161
0.00021475
0.0002555
0.00027925
K
1.58E02
0.88 E02
0.81 E02
0.71 E02
0.60 E02
Der erste Konzentrationswert des Fe3+ der Lösungsreihe betrug 0.04 M und wurde
dann mit der Stammlösung A im Verhältnis 1:1 gemischt, was eine Halbierung der
Konzentration bei jeder weiterern Vermischung bewirkte. Die Konzentration des
SCN- blieb konstant, da die immer gleiche Mengen zu den Mischungen
dazugegeben wurde.
Der Wert des FeSCN2+ wurde rechnerisch ermittelt mittels der Gleichung A= ε*d*c
woraus folgt dass c= A/ε*d.
Nach folgenden Gleichungen wurden die übrigen Werte ermittelt
Die Reaktion lief folgendermassen ab:
SCN- + Fe3+ ↔[FeSCN]2+
Daraus fogt:
[Fe3+]Start = [Fe3+] + [FeSCN2+]

[Fe3+] = [Fe3+]Start - [FeSCN2+]
[SCN-]Start = [SCN-] + [FeSCN2+]

[SCN-] = [SCN-]Start - [FeSCN2+]
Mit dieser Formel lässt sich nun die Gleichggewichtskonstante K für jede der fünf
einzelnen Eisenthiocyanatlösungen berechen:
K=[FeSCN2+] /([Fe3+] * [SCN-])
Diskussion
Die K-Werte sollten für alle Verdünnungen gleich sein, da die
Gleichgewichstskonstante – wie der Name schon sagt – kostant ist. Sie würde sich
nur bei veränderter Temperatur unterscheiden und sollte daher bei jeder
Konzentration gleich bleiben. Sie weichen also von den theoretischen Werten ab.
Versuch 6.2
Material und Methoden
-
Photospektrometer (Metrohm 662 Photometer)
-
Reagenzgläser
-
Vollpipette
-
Wägegläser
-
Messkolben
-
Chemikalien
o Lösungsmittel:

Lösungsmittel 1: 0.1 M KNO3

Lösungsmittel 2:0.09 M KNO3 in 0.01 M HNO3
o Stammlösungen

Stammlösung A: 0.001 M Salicylsäure in Lösungsmittel 1
0.014575 g in 250 ml des Lösungsmittel 1

Stammlösung B: 0.004 M Fe(NO3)3 in Lösungsmittel 2
0.9674 g g in 100 ml des Lösungsmittel 2
Versuchsdurchführung
Aus der Stammlösung B wurde eine Verdünnungsreihe mit dem Lösungsmittel 1 im
verhältnis 1:1 hergestellt. Zur Bestimmung des Absorptionsmaximums wurden 5 ml
der Stammlösung A mit 5 ml der Stammlösung B gemischt. Als Referenz wurde wie
im Versuch 6.1 eine Mischung aus der Stammlösung B und dem Lösungsmittel der
Stammlösung A im Verhältnis 1:1 verwendet. Das Absorptionsmaximum wurde bei
528 nm ermittelt. Die Verdünnungsreihe wurde nun auf deren Absorption überprüft,
ganz analog zu 6.1.
Auswertung
Die Kurve in der Konzentration gegen Absorption aufgetragen ist, verläuft
asymtotisch.
Absorption/Konzentration von Eisen(III)-Salicylat
Absorption
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0.0012
Konzentration
Die Asymtote ist nun eindeutig zu erkennen. Bereits mit wenig Verstand sieht man,
dass das Maximum bei 0.215 liegt. Analog zu 6.1 erhält man ein ε von 215 [1/M*cm].