Physikalische Chemie

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration (Landolt- Reaktion) -

Prinzip Bei einer chemischen Reaktion ist die Reaktionsgeschwindigkeit u.a. abhängig von Reaktionstemperatur und Konzentration der beteiligten Stoffe. Dabei ist die Konzentration der Ausgangsstoffe einer der wesentlichen Einflussgrößen auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Allgemein gilt dabei: Je höher die Konzentration der Ausgangsstoffe ist, desto schneller läuft die entsprechende Reaktion ab. Bei einfachen Reaktionen (erster Ordnung) ist die Reaktionszeit umgekehrt proportional zur Konzentration der Ausgangsstoffe. Vorteile • Didaktisch anschauliche Einführung in die Kinetik chemischer Reaktionen • Versuchsdurchführung gemäß Richtlinien für Sicherheit im Unterricht (Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Stoffart

Prinzip Nach den fundamentalen Gesetzen der Chemie läuft eine chemische Reaktion dann spontan ab, wenn sie exotherm ist, d.h. Energie (meist in Form von Wärme) an die Umgebung abgibt. Die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion ist dabei abhängig von der Reaktionstemperatur und die Konzentration der Ausgangsstoffe (eine Erhöhung der Reaktionstemperatur bzw. der Konzentration der Ausgangsstoffe führt zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit). Dieser Versuch soll zeigen, dass bei gleicher Temperatur, gleicher Konzentration und vergleichbarer Oberfläche der Ausgangsstoffe trotzdem ein Unterschied in der Reaktionsgeschwindigkeit bei vergleichbaren "Reaktionsmechanismen" beobachtbar ist. Dazu wird Magnesium bzw. Zink mit konzentrierter Salzsäure zur Reaktion gebracht und die entstandene Menge an Wasserstoff untersucht. Beide Reaktionen laufen nach dem gleichen Schema ab ("Metall + Säure -> Salz + Wasserstoff") und dennoch wird eine unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit beider Reaktionen beobachtet (anhand der Menge an gebildeten Wasserstoff). Obwohl die Reaktionstemperatur, Ausgangskonzentration und Oberfläche der Ausgangsstoffe in etwas gleich ist, läuft die Umsetzung von Magnesium mit Salzsäure deutlich schneller ab. Aufgrund der Stellung in der elektrochemischen Reihe der Elemente hat Magnesium gegenüber Wasserstoff ein wesentlich negativeres Potential als Zink. Dadurch reagiert Magnesium heftiger, d. h. schneller mit Salzsäure reagieren als Zink. Vorteile • Anschauliche Einführung in Kinetik chemischer Reaktionen • Versuchsdurchführung gemäß den Richtlinien für Sicherheit im Unterricht (Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur (Essigsäure - Magnesium - Reaktion)

Prinzip Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion wird stark von der Temperatur beeinflusst. Durch die Umsetzung von Magnesium mit Essigsäure bei verschiedenen Temperaturen und Messen der dabei jeweils pro Zeiteinheit gebildeten Mengen an Wasserstoff lässt sich dies gut zeigen. Ein Vergleich der Anfangsgeschwindigkeiten der Reaktionen zeigt in erster Näherung etwa eine Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10 K. Vorteile • Didaktisch anschauliche Einführung in die Kinetik chemischer Reaktionen • Gefährdungsbeurteilung verfügbar - einfache und schnelle Versuchsvorbereitung

Adsorptionsisotherme

Prinzip Unter Adsorption wird allgemein die Anlagerung von Gasen oder gelösten Stoffen an Festkörperoberflächen (oder Flüssigkeitsgrenzflächen) verstanden. Die Menge an adsorbiertem Stoff hängt bei konstanter Temperatur von der Art des untersuchten Systems und dem Partialdruck bzw. der Konzentration des betreffenden Stoffes ab. Dieser Zusammenhang wird durch zahlreiche Adsorptionsisothermen beschrieben, deren Gültigkeit experimentell zu untersuchen ist. Vorteile • Hochwertige Glaswaren für gute Resultate • Stabiler und sicherer Aufbau durch solides Stativmaterial

Bestimmung der Bildungswärme des Wassers

Prinzip Molare Standardbildungsenthalpien ΔBHΦ sind wichtige thermodynamische Tabellierungsgrößen zur Berechnung von Standardreaktionsenthalpien beliebiger Reaktionen. Sie sind definiert als die bei der direkten Bildung eines Mols des betreffenden reinen Stoffes aus den stabilen reinen Elementen auftretende Reaktionswärme, bei konstantem Druck. Für spontan und quantitativ ablaufende Bildungsreaktionen, z.B. die Umsetzung von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser, sind Standardbildungsenthalpien direkt kalorimetrisch messbar. Vorteile • Direkte Bestimmung der Bildungsenthalpie von Wasser • Teil einer Systemlösung - Leicht erweiterbar für weitere Versuche

Bestimmung der Bildungswärme von CO2 und CO (Hess'sches Gesetz)

Prinzip Molare Standardbildungsenthalpien sind wichtige thermodynamische Tabellierungsgrößen zur Berechnung von Standardreaktionsenthalpien beliebiger Reaktionen. Sie sind definiert als die bei der direkten Bildung eines Mols des betreffenden reinen Stoffes aus den stabilen reinen Elementen auftretende Reaktionswärme bei konstantem Druck. Vorteile • Glasmantelsystem einfach erweiterbar • Stabiler und sicherer Aufbau durch solides Stativmaterial

Bestimmung der Faraday-Konstanten

Prinzip Der Zusammenhang zwischen den bei Elektrodenreaktionen umgesetzten Stoffmengen und der aufgebrachten Ladung (Elektrizitätsmenge) wird durch die Faradayschen Gesetze beschrieben. Aus dieser Abhängigkeit kann die als Proportionalitätsfaktor auftretende Faraday-Konstante experimentell ermittelt werden. Vorteile • Grundlegend in Physik und Chemie • Eine wichtige Naturkonstante einfach bestimmt • Nutzbar als Praktikums- und Demonstrationsversuch

Bestimmung der Verbrennungsenthalpie mit der Kalorimeterbombe

Prinzip In der Kalorimeterbombe können Substanzen im Sauerstoffüberschuss vollständig verbrannt werden. Die freiwerdende Verbrennungswärme wird vom Kalorimetergefäß, in das die Bombe eintaucht, aufgenommen und führt zu einer Temperaturerhöhung. Die Wärmekapazität des Systems wird zunächst durch Zufuhr einer definierten Wärmemenge aus der Verbrennung von Benzoesäure bestimmmt. Danach erfolgt unter den gleichen Bedingungen die Verbrennung des Naphthalins. • Bestimmen Sie die Verbrennungsenthalpie von Naphthalin mit Hilfe einer kalorimetrischen Bombe. • Berechnen Sie die Bildungsenthalpie des Naphthalins unter Anwendung des Hessschen Satzes aus der ermittelt Vorteile • Gute und reproduzierbare Ergebnisse durch Temperaturkontrolle während des Experiments. • Bedingt durch die gute Wärmekapazität des Kalorimeters wird nur eine geringe Menge an Chemikalien benötigt.

Bestimmung des Molekulargewichtes eines Polymers durch Messung der Viskosität

Prinzip Die Viskosität einer Flüssigkeit wird durch die Stärke der intermolekularen Anziehungskräfte bestimmt. Im Falle von Lösungen kann sich die Viskosität des Lösungsmittels signifikant in Abhängigkeit von der Art und der Konzentration des gelösten Stoffes ändern. Aufgrund ihrer Größe haben Makromoleküle eine sehr beachtliche Auswirkung auf die Viskosität von Lösungsmitteln. Viskositätsmessungen können daher benutzt werden, um die durchschnittliche molekulare Masse von Makromolekülen zu bestimmen, wenn etwas über deren Konformation bekannt ist. Vorteile • Bestimmung einer wichtigen Größe der Rheologie • Nutzbar als Praktikums- und Demonstrationsversuch

Chemikalien und Verbrauchsmaterial für Set pH-Titration Cobra

Funktion und Verwendung Chemikalien und Verbrauchmaterial zum Basis-Set Titration Cobra4.

Deckel für Kalorimetereinsatz

Funktion und Verwendung Aus DURAN®, verwendbar in Verbindung mit dem Glasmantel und Kalorimetereinsatz zur Messung der Reaktionsenthalpien von Gasen. Der Deckel wird mittels Schraubverschluss dicht mit dem Kalorimetereinsatz verbunden. Die Gaszuführung erfolgt über zwei Kapillarröhrchen, die Stromzuführung über zwei Platin-Elektroden direkt in den Verbrennungsraum des Kalorimeters. Die Elektroden werden an ein Hochspannungsnetzgerät angeschlossen, wodurch ein Dauerfunke im Brennraum erzeugt wird, der die kontinuierliche Zündung der in den Brennraum eindringenden Gase bewirkt. Vorteile • Gaszuführung über Kapillarröhrchen • Zündung über 2 Platinelektroden direkt in den Verbrennungsraum • Die Elektroden werden an ein Hochspannungsnetzgerät angeschlossen, wodurch ein Dauerfunke im Brennraum erzeugt wird.

Demo advanced Chemistry Manual Glass Jacket System (GLT), (in Englisch)