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Zum Ende der Seite springen Kinetik: Carbonat mit Säure
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Neuling Neuling ist männlich
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Dabei seit: 03.06.2008
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Kinetik: Carbonat mit Säure Auf diesen Beitrag antworten Zitatantwort auf diesen Beitrag erstellen Diesen Beitrag editieren/löschen Diesen Beitrag einem Moderator melden       Zum Anfang der Seite springen

Hallo, ich wüsste gerne etwas über die Kinetik der Reaktion von Kalk mit Säure:

Mein Anliegen möchte ich in zwei Teile teilen:

Teil 1:

CaCO3 + 2 H+ ---> Ca2+ + CO2 + H2O

Versuch: Zeitliche Verfolgung der Reaktion auf einer Waage. Messreihe zur Gesamtmasse wird erstellt. Die Abnahme der Masse entspricht der abgegebenen Masse an CO2.

So, nun rechne ich zurück auf die reagierte Stoffmenge an Carbonat. Graphisch sieht es so aus, als würde die Stoffmenge exponentiell mit der Zeit abnehmen.

Ich möchte nun also wissen, welcher Ordnung die Reaktion ist.
Ich gehe von 1. oder 2. Ordnung aus, tendiere zur ersten.
Trage nun ln[n(CaCO3(t)/n0(CaCO3)] gegen t graphisch auf, sowie eine Auftragung entsprechend des Zeitgesetztes der 2. Ordnung.

Ergebnis: In beiden Fällen ergeben sich Geraden. Wie kann das sein? Woher weiß ich jetzt, welcher Kinetik die Reaktion folgt?

Wenn die Reaktion 1. Ordnung ist, so ist k = 0,11 min-1,
wenn 2. Ordnung, so ist k = 0,0019 mol-1 min-1

Gibt es vllt. ein Tabellwerk, in dem eine entsprechende Konstante vorhanden ist?

Teil 2:

Ist die kinetische Analyse so wie ich sie gemacht habe überhaupt möglich? Schließlich habe ich nicht mit Konzentrationen, sondern mit Stoffmengen gearbeitet. Ich ging davon aus, dass dies möglich ist, weil sich die Konzentration ja von der Stoffmenge ableitet und das Volumen im Versuch konstant ist.

__________________
Wer sie nicht kennte, Die Elemente, Ihre Kraft Und Eigenschaft, Wäre kein Meister Über die Geister.“
Johann Wolfgang von Goethe
„Nur wer nicht sucht, ist vor Irrtum sicher.“
Albert Einstein

Dieser Beitrag wurde 2 mal editiert, zum letzten Mal von Neuling: 28.03.2010 20:04.

28.03.2010 19:38 Neuling ist offline Beiträge von Neuling suchen Nehmen Sie Neuling in Ihre Freundesliste auf

Marc
Molekül


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RE: Kinetik: Carbonat mit Säure Auf diesen Beitrag antworten Zitatantwort auf diesen Beitrag erstellen Diesen Beitrag editieren/löschen Diesen Beitrag einem Moderator melden       Zum Anfang der Seite springen

Hallo Neuling,

alles was Du schreibst klingt in meinen Ohren vernünftig.
Die Annahme, dass das Volumen konstant bleibt ist OK,
es sollte also kein Problem sein mit Stoffmengen zu rechnen.


Zur Frage der Reaktionsordnung:
"Es ergibt eine Gerade" ist leider relativ. Einerseits ist die
Messung stets fehlerbehaftet (d.h. mann kann im Rahmen
der Messgenauigkeit oft eine Gerade durch eine Kurve legen),
andererseits hängt es auch von der Anzahl der Messpunkte
ab. Im Extremfall von 2 Messpunkten lässt sich sogar immer
eine Gerade einzeichnen.

Es könnte also helfen
- die Messdauer zu erhöhen
- oder eine genauere Waage zu benutzen.


Es gibt übrigens Methoden die Reaktionsordnung direkt aus den
Daten herauszuextrahieren. Ich kann mich dunkel erinnern, dass
die doppelt-logarithmische Auftragung der Halbwertszeit gegen
die Reaktionszeit eine Gerade mit der Steigung der Reaktionsordnung
minus 1 ergeben sollte. Kann ich bei Interesse noch ein paar Infos
zu rauskramen.


Und mir ist noch eine Frage zum Aufbau eingefallen. Die eigentliche
chemische Reaktion sollte eigentlich ziemlich schnell sein (typisch für
solche Säure-Base-Reaktionen in Wasser). Ich schätze fast, dass
das Austreiben vom CO2 geschwindigkeitslimitierend ist.
Rührst Du die Lösung? Wenn nein kann es sein, dass Du irgendwelche
Transporteffekte misst, aber nicht die eigentliche Kinetik.


Soweit erstmal
Schöne Grüße
Marc
29.03.2010 09:57 Marc ist offline Beiträge von Marc suchen Nehmen Sie Marc in Ihre Freundesliste auf

Neuling Neuling ist männlich
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Themenstarter Thema begonnen von Neuling
RE: Kinetik: Carbonat mit Säure Auf diesen Beitrag antworten Zitatantwort auf diesen Beitrag erstellen Diesen Beitrag editieren/löschen Diesen Beitrag einem Moderator melden       Zum Anfang der Seite springen

Hallo Marc,

Danke für die ausführliche Antwort.

Zitat:
"Es ergibt eine Gerade" ist leider relativ. Einerseits ist die Messung stets fehlerbehaftet (d.h. mann kann im Rahmen der Messgenauigkeit oft eine Gerade durch eine Kurve legen), andererseits hängt es auch von der Anzahl der Messpunkte ab. Im Extremfall von 2 Messpunkten lässt sich sogar immer eine Gerade einzeichnen.


Ich habe 17 Messpunkte, habe alle 30 Sekunden 8 1/2 Minuten lang gemessen.

Zitat:
- oder eine genauere Waage zu benutzen.


Ich glaube, die Waage ging auf Tausendstel. Ich habe den Versuch in der Schule durchgeführt, kann ihn deshalb so einfach nicht wiederholen ... zu Not ließe sich das aber bestimmt einrichten ...

Zitat:
Und mir ist noch eine Frage zum Aufbau eingefallen. Die eigentliche chemische Reaktion sollte eigentlich ziemlich schnell sein (typisch für solche Säure-Base-Reaktionen in Wasser). Ich schätze fast, dass das Austreiben vom CO2 geschwindigkeitslimitierend ist. Rührst Du die Lösung? Wenn nein kann es sein, dass Du irgendwelche Transporteffekte misst, aber nicht die eigentliche Kinetik.


Darüber habe ich mir auch schon Gedanken (oder eher Sorgen :ueberleg: ) gemacht ... ich habe nicht gerührt.
Kann es sein, dass ich mit dem Versuch vielmehr den Zerfall der Kohlensäure betrachte (wenn man mal davon ausgeht, dass sie tatsächlich vorliegt und anschließend zerfällt)?

Zitat:
Es gibt übrigens Methoden die Reaktionsordnung direkt aus den Daten herauszuextrahieren. Ich kann mich dunkel erinnern, dass die doppelt-logarithmische Auftragung der Halbwertszeit gegen die Reaktionszeit eine Gerade mit der Steigung der Reaktionsordnung minus 1 ergeben sollte. Kann ich bei Interesse noch ein paar Infos zu rauskramen.


Hört sich gut an ... das Interesse besteht auf jeden Fall. Würde mich über Genaueres freuen.

Vielleicht zur Hilfe. Im Anhang habe ich eine Zusammenstellung der Messreihe mit Graphen. Im Layout vielleicht nicht ganz so schön, aber besser habe ich es jetzt mit Excel nicht hingekriegt.

Nochmal danke soweit.

Dateianhang:
unknown Mappe1.pdf (25 KB, 18 mal heruntergeladen)


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Dieser Beitrag wurde 1 mal editiert, zum letzten Mal von Neuling: 29.03.2010 10:59.

29.03.2010 10:58 Neuling ist offline Beiträge von Neuling suchen Nehmen Sie Neuling in Ihre Freundesliste auf

Marc
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Hallo Neuling,

ich habe mir mal die Graphen angeguckt. Streng genommen sind beides
keine Geraden. Die sind beide tendenziell U-förmig gebogen.

Ich schätze fast, dass sich da mehrere Effekte überlagern.

Eine Sache ist mir noch aufgefallen: Es sieht so aus, als ob ein Teil des
CO2s "für immer" in Lösung bleibt. Das könnte auch zu einer Abweichung
von einer idealen Reaktion erster oder zweiter Ordnung führen.

Zitat:
Hört sich gut an ... das Interesse besteht auf jeden Fall. Würde mich über Genaueres freuen.

Das kriege ich jetzt auf die Schnelle nicht zusammen. Das muss ich dann
die Tage nachliefern. Ist an dieser Stelle wahrscheinlich eh Overkill.
Es ist an dieser Stelle wahrscheinlich besser rauszufinden, was die
Messwerte zu bedeuten haben.

Hierfür wäre eine genaue Versuchsdurchführung interessant.

Wie groß war das Reaktionsvolumen (ungefähr)?
Das ist insofern wichtig, dass daraus die Konzentration an Kohlensäure
berechnet werden kann. Wenn die nämlich hoch ist, blubbert das CO2
fröhlich aus und sorgt für eine gute Durchmischung (das kann einen Einfluss
haben). Ich schätze aber fast, dass keine Blasen sichtbar waren, oder doch?

Was wurde vorgelegt und was dann zugegeben?
Meine Vermutung ist (derzeit :ueberleg: ), dass die Lösung noch schlecht durchmischt war.
(Oder hattest Du nach der Zugabe einmal durchgerührt?).
Es könnte sein, dass sich in der Lösung ein Bereich mit hoher Säurekonzentration
und ein Bereich mit hoher Carbonatkonzentration gebildet hat. Du würdest
dann bei deinem Versuch dann vielleicht den zeitlichen Verlauf des
Durchmischens dieser Bereiche messen.


Wenn Du der Sache auf den Grund gehen willst (und nicht vor weiteren
Experimenten zurückschreckst rofl ) schlage ich folgende Versuche vor:

A) umfasst 2 Versuche:
1: Das Carbonat wird in einem großen Volumen vorgelegt, und die
Säure wird dann in einem kleinen Voluemn zugegeben.
2: Die Säure wird in einem großen Volumen vorgelegt, das Carbonat dann
in einem kleinen dazugegeben.

Unterschiedliche Ergebnisse würden dann darauf schließen, dass das
Vermischen für die Kinetik limitierend ist. (Ich weiß allerdings nicht, ob sich
das von den Löslichkeiten her realisieren lässt. Vielleicht lieber
Natriumcarbonat nehmen?).

Die Idee ist hier, dass sich Säure schneller in das große Volumen verteilt
als das Carbonat.

B) Wie wäre es zusätzlich zum Masseverlust den pH-Wert zu messen?
Wenn der sich schneller ändert, als man von den Messwerten erwarten würde,
wäre das ein Zeichen dafür, dass sich das Carbonat zwar umgesetzt hat,
das CO2 aber noch nicht in die Gasphase entweichen konnte.

Da wäre es aber wichtig nach dem Durchmischen sofort gut durchzumischen.
Außerdem könnte die pH-Messung etwas das Wiegen stören. Ach ja:
Falls Du diesen versuch ernsthaft in Erwägung ziehst: vorher pH-Werte
berechnen und prüfen, ob das pH-Meter eine hinreichen hohe Genauigkeit
für diese Werte hat.


So das wären noch ein paar Ideen zu Deiner Problematik.

Sorry, dass ich wahrscheinlich mehr Fragen aufgeworfen als gelöst habe.
Aber ich hoffe trotzdem, dass es nützliche Denkansätze waren.

Grüße
Marc
29.03.2010 20:27 Marc ist offline Beiträge von Marc suchen Nehmen Sie Marc in Ihre Freundesliste auf

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Hallo Marc,

wiedereinmal Danke für die erneut ausführliche Antwort rofl

Zunächst zum Versuchsaufbau:

Bei dem Versuch handelte es sich genau genommen um einen Lehrerversuch, ich hatte also nicht wirklich viel Einfluss auf den Aufbau zwinker
Es handelte sich nur um ein Becherglas, in dem sich 8g Kalk befanden. Dazu wurden 50 mL Ameisensäure mit c = 5 mol/L gegeben. Die Waage, auf der die Reaktion stattfand, wurde so tariert, dass man die Masseabnahme beobachten konnte. Genau bei Zugabe der Säure wurde die Zeit gestoppt.

Mir ist natürlich klar, dass der Versuch nicht wirklich ideal ist für meine Absicht. Das liegt einfach daran, dass wir in der Schule jetzt warhscheinlich kurz das Thema Reaktionsgeschwindigkeit anschneiden (also ohne mathematische bzw. tiefgehende chemische Hintergründe) und dann mit Gleichgewichten anfangen. Also sollte er gar nicht der kinetischen Analyse dienen (ich denke auch nciht, dass man das überhaupt irgendwann mal in der Schule durchnimmt).
Ich werde aber nach den Ferien meinen Lehrer fragen, ob ich nicht den ein oder anderen Versuch dazu machen darf.

Zu Hause habe ich zwar Waage und pH-Meter, aber beide sind nciht sehr präzise. Außerdem habe ich auch keinen Magnetrührer oder Ähnliches.


Eine genauere Untersuchung wäre garantiert interessant. Und vielleicht erhält man ja sogar ein überzeugendes Ergebnis.

Viele Grüße

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Dieser Beitrag wurde 3 mal editiert, zum letzten Mal von Neuling: 30.03.2010 12:25.

30.03.2010 12:23 Neuling ist offline Beiträge von Neuling suchen Nehmen Sie Neuling in Ihre Freundesliste auf

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Ah, verstehe.

Jetzt kommt noch dazu, dass das Auflösen vom Kalk auch eine
gewisse Zeit braucht und so die Kinetik beeinflussen kann.

Wahrscheinlich soll der Versuch nur zeigen, dass chemische
Reaktionen ihre Zeit brauchen.

Die Reaktionsordnung von der eigentlichen Reaktion kriegt man
wahrscheinlich nicht mit dem Aufbau raus. Da muss man schon
größeren Aufwand treiben.


Ich finde es ist ganz allgemein gesprochen eine wichtige Erkenntnis,
dass die eigentliche chemische Reaktionskinetik ("Mikrokinetik") durch
Transporteffekte überlagert werden kann (führt zur "Makrokinetik").

Wenn man es darauf anlegt kann man das bestimmt auch mit diesem
Versuch zeigen. Insofern ist er als Schulversuch sogar ziemlich gut geeignet rofl .

Schöne Grüße
Marc
30.03.2010 13:02 Marc ist offline Beiträge von Marc suchen Nehmen Sie Marc in Ihre Freundesliste auf

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