Chemie: Gleichgewichtskonzentrationen

[HoRRoRTeRRaN]

Ich hätte da ne Aufgabe die ich bis morgen früh gelöst haben müsste, aber habe ich leider keine ahnung wie etc pp 8(
vllt könnt ihr mir ja kurz unter die arme greifen, wär echt nett

"Bei einem Versuch zur Esterspaltung wurden 1mol Essigsäureethylester, 1mol Wasser und so viel Aceton gemischt, dass das Gesamtvolumen 178ml betrug. Nachdem sich das Gleichgewicht eingestellt hatte, titrierte man 5ml der Mischung mit Natronlauge (1mol/l). Man benötigte 9,5ml.
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen aller Komponenten."

Vielen Dank schonmal

 

[HerrFack]

es ist natürlich schon etwas spät und ich lasse mich auch gern berichtigen, aber was für ein gleichgewicht?

ester sind bei RT eigentlich relativ beständig und werden nicht einfach so von wasser und/oder aceton gespalten.

natürlich hast du im wasser durch die autoprotolyse des wassers auch ein paar protonen, aber viele sind das ~pH7 nicht oder stand das wasser lange draussen rum? dann könnte sich ein pH von ~5 eingestellt haben.

aceton hat natürlich auch eine enol form, aber ich glaub auch nicht, dass aceton in wasser messbare auswirkungen auf den pH wert hat, bzw. dass keine hydroxidionen vermittelte hydrolyse einsetzt, bzw die nicht messbar ist.

 

[lceman]

Hab gestern so spät garnicht mehr hier reingeschaut, hast du die Lösung wenigstens rausbekommen, bzw. verstehst du die, falls ihr die Aufgabe dann heute verglichen habt?

btw. @Fack .. Estersynthese ist eine Gleichgewichtsreaktion, soweit ich weiß. Du kannst mit einem Überschuss an Wasser das Produkt gut unterbinden - auch wenn das jetzt kontraproduktiv ist. Deshalb auch immer Schwefelsäure als Katalysator, die zieht nämlich gut Wasser

 

[HoRRoRTeRRaN]

also ja der Lehrer hat das so erklärt, dass es halt ein bestimmtes Gleichgewicht gibt und zwischen den beiden Seiten (Säure, Alkohol <=> Ester, Wasser) ständig eine Hin- und Rückreaktion abläuft, die sich aber halt nach einer bestimmten Zeit zu einem Gleichgewicht einstellt, aber hatl immernoch abläuft.
Ich brauchte die Lösung nochnicht, wär daher gut wenn jmd da noch ne Lösung parat hätte.
-= edit: hab gerade mal über den Ansatz nachgedacht und ist kompletter Schwachsinn =-

 

[Ursus]

Mein Ansatz wäre:

EE (Essigsäureethylester) + H2O = EtOH + AcOH

und AcOH + NaOH = AcONa + H2O

1. Am Titrationspunkt [NaOH] = [AcOH]
n=c x V = 9.5/1000l x 1mol/l = 9.5mmol NaOH werden zur Titration verbraucht
--> Im Aliquot von 5ml ist demnach c(Essigsäure) = 1.9 mol/l

wenn man davon ausgeht, dass die Lösung homogenisiert ist, ist auch in 178 ml die gleiche Konzentration vorhanden, also unter Gleichgewichtsbedingungen beträgt c(AcOH) = 1.9 mol/l (n=338.2mmol)

2. Wieviel wurde eingesetzt
EE: 1mol in 178 ml => c°(EE)=5.6 mol/l
H2O: 1mol in 178 ml => c° (H2O) = 5.6mol/l

3. Im Gleichgewicht liegt demnach vor: entweder Konzentrationen voneinander abziehen oder Molmenge:
c(EE)= 3.7mol/l
c(H2O)= 3.7mol/l
c(EtOH= 1.9 mol/l
c(AcOH)= 1.9mol/l

Nicht berücksichtigt: EtOH ist selbst schwach acide. Aceton besitzt selbst Acide Wasserstoffe. dürften hier aber beide nur untergeordnet eine Rolle spielen.

Im Übrigen würde ich glatt behaupten, dass man EE nicht so leicht spalten kann. Ist schließlich ein recht beständiges und gängiges Lösungsmittel. Aber wüsste nicht, was man sonst hier titrieren soll. Ist doch eine Schulaufgabe? Hoffe hab in der Schnelle nix vergessen. Aber schaut aus wie eine übliche Aufgabe, die sich um die Formel c=n/V dreht? Säure-Base-Gleichgewichte, Henderson-Hasselbalch, MWG und co braucht man imo nicht.

 

[lceman]

Ok, ich bin mir aber grad net sicher und habs alles aus dem Stehgreif/Gedächtnis gemacht .. könnten kleine Fehler drin sein - vllt findest du ja welche

Also es ist ne Esterspaltung, in der nur die "Ausgangsstoffe" am Anfang vorhanden sind. Dass heißt, es läuft eine Spaltung des Esters ab, und jemehr davon gespalten wird, umso mehr wird dann auch wieder durch die entstandenen "Produkte" zurückproduziert - um es mal mit anderen Worten zusagen

Solche Aufgaben haben wir in der Oberstufe zu Massen gemacht - sind so ganz einfach, eigentlich.

Ester + Wasser <==> Säure + Alkohol
[mol]   [mol]       [mol]   [mol]
[size=1][i]Ausgangsituation[/i][/size]
  1       1           0        0
[size=1][i]Umsatz[/i][/size]
  x       x           x        x
[size=1][i]Gleichgewichtsstoffmengen[/i][/size]
 1-x     1-x          x        x

Das zum Schema Das [mol] bedeutet, dass alle Angaben darunter in mol sind - nur so als Hinweise
Wie du vllt bemerkst, fehlt dir der Stoffumsatz x. Dazu ist die Titration da, die dir verrät wieviel Säure denn nun in der Lösung drin ist
Bekommst du alles weitere selber raus? Tipp dazu - n(Säure) = n(Base) bei der Titration, n = c * V, z ist ja für beide 1, Maßkolbenvolumen und eingesetztes Volumen miteinbeziehen ..

..damit solltest du soweit alles rausbekommen.

Sonst noch fragen?

MWG sagt dir was?

Edit: .. arg, erst spackt das Forum rum, und dann ist wer schneller

PS: .. das Aceton hab ich erstmal komplett aus der Betrachtung gelassen ..

 

[HerrFack]

Original geschrieben von lceman

btw. @Fack .. Estersynthese ist eine Gleichgewichtsreaktion, soweit ich weiß. Du kannst mit einem Überschuss an Wasser das Produkt gut unterbinden - auch wenn das jetzt kontraproduktiv ist. Deshalb auch immer Schwefelsäure als Katalysator, die zieht nämlich gut Wasser

ob estersynthese eine gleichgewichtsreaktion ist, hängt ein wenig davon ab, wie du die ester herstellst. wenn du das z.b. nach schotten-baumann methode machst, hast du keine rückreaktion. H2SO4 kannst du nehmen, um die carbonylgruppe zu protonieren, dadurch bildet sich erst das reaktive carbeniumion. das ganze kann man auch mit HCl machen, denn es geht lediglich um die protonen in der lösung, wasser ist da eh im überschuss vorhanden.
ausserdem geht es ja um esterspaltung und nicht um die synthese.

bei der esterspaltung gibt es grundsätzlich 2 wege. man kann eine saure hydrolyse machen oder eine verseifung durchführen, um den ester zu spalten.
beim ersten weg gibt es eine rückreaktion, bei der zweiten nicht.

in der aufgabe oben steht nichts davon, wie die esterspaltung durchgeführt wird, das was in dem reaktionsansatz drinne ist, spaltet keinen ester.
angenommen du führst eine saure hydrolyse durch, damit eine gleichgewichtsreaktion vorhanden ist. dann wäre es sehr praktisch zu wissen, bei welchem pH die spaltung vorgenommen wird, denn du gibst ja eine base zur titration hinzu.
man muss also den ester, nachdem sich das gleichgewicht eingestellt hat, schnell vom wasser/protonen trennen, damit keine rückreaktion mehr stattfindet. da aber 5ml des reaktionsansatzes zur titration genommen werden sollen,, entspricht diese möglichkeit nicht der aufgabe.
was noch ginge wäre solange NaOH dazu geben, bis aller ester gepalten ist, da aber für die verseifung ein überschuss an NaOH dazugegeben werden muss, sollte man wenigstens wissen, welcher pH nach der reaktion vorhanden ist und vorallem, welcher pH vor der reaktion in der lösung war.

ohne die angabe kann man die aufgabe nich lösen.


edit,

wenn mit NaOH gegen H+ titriert wird, dann ist das wohl sehr ungeschickt:

R-COOH +HO-R + H+ <--> R-COO-R + H2O + H+

die konzentration der protonen lässt keine aussage über die lages des gleichgewichtes zu.

 

[lceman]

Jo, mag sein - ich bin in OC keine gute Leuchte und das ist ja auch net mein Gebiet
Laut der Aufgabenstellung etc. hört sich das eher nach einfacher Oberstufenaufgabenstellung an, als nach sowas komplizierten, wie du es machen möchtest
Deinen PS: Punkt versteh ich nicht, da alles nur zusammengeschüttet wird, in dieser Situation ist doch auch kein Überschuss an H+ da?

 

[HerrFack]

esterspaltung geht, wie gesagt, im sauren und im basischen. der reaktionsansatz aus der aufgabe, also EE, wasser und aceton ist weder basisch oder sauer.

da aber in der aufgabe steht, dass eine gleichgewichtsreaktion vorliegt, muss es eine saure hydrolyse sein.
dann fehlt aber die angabe vom pH wert in der lösung.

die titration von NaOH gegen H+ lässt keine aussage darüber zu, wo das gleichgewicht liegt.

man könnte das trotzdem noch machen, indem NaOH gegen den ester titriert wird.
NaOH spaltet den ester und es gibt keine rückreaktion.
dafür müsste man aber den ester vom restlichen reaktionsansatz trennen, und das steht so nicht in der aufgabe. da soll man ja 5ml des reaktionansatzes nehmen.

man kannauch 5ml des reaktionsansatzes nehmen, und eine spaltung mit NaOH machen, dafür muss man dann aber wissen, welcher pH vor und welcher nach der Titration vorliegt.
dann könnte man das ganze ausrechnen.

die aufgabe ist, so wie sie gestellt ist, nicht lösbar.

 

[Ursus]

Also für mich schaut die Aufgabe nach Chemieunterricht aus und nicht um eine Diskussion über die Stabilität von EE und Synthesestrategien um Carbonsäureester zu hydrolysieren. Was HF sagt ist ansonsten richtig. Wobei, ob eine 1molare NaOH EE spaltet, ich weiß nicht recht ^^

Es ist schon richtig, dass die Aufgabenstellung experimentell nicht stand hält, aber darum geht es wohl eher nicht. Wobei, wenn man es ein Jahr stehen lässt, hmm ka. Hab jetzt keine Lust danach zu suchen.

(ahja bitte nich Carbeniumion sagen, so weit lässt sich das Carbonylzentrum auch nicht vergewaltigen)

 

[HerrFack]

ich möchte eigentlich nicht klugscheißen, aber ein paar sachen, die du gesagt hast, stimmen einfach nicht:

Original geschrieben von =[MOIN]=Ursus
Also für mich schaut die Aufgabe nach Chemieunterricht aus und nicht um eine Diskussion über die Stabilität von EE und Synthesestrategien um Carbonsäureester zu hydrolysieren. Was HF sagt ist ansonsten richtig. Wobei, ob eine 1molare NaOH EE spaltet, ich weiß nicht recht ^^

doch, 1N NaOH ist sehr wohl in der lage ester zu verseifen. es geht sogar recht schnell und mit nahezu 100% ausbeute. ein pH von 9 - 10 ist komplett ausreichend.

Original geschrieben von =[MOIN]=Ursus

Es ist schon richtig, dass die Aufgabenstellung experimentell nicht stand hält, aber darum geht es wohl eher nicht. Wobei, wenn man es ein Jahr stehen lässt, hmm ka. Hab jetzt keine Lust danach zu suchen.

auch wenn das 100 jahre lang rumsteht. solange keine protonen oder hydroxidionen in die lösung gelangen, ist der ester stabil.

Original geschrieben von =[MOIN]=Ursus

(ahja bitte nich Carbeniumion sagen, so weit lässt sich das Carbonylzentrum auch nicht vergewaltigen)

doch, es lässt sich so weit vergewaltigen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Veresterung

Original geschrieben von =[MOIN]=Ursus

Nicht berücksichtigt: EtOH ist selbst schwach acide. Aceton besitzt selbst Acide Wasserstoffe. dürften hier aber beide nur untergeordnet eine Rolle spielen.

EtOH ist wirklich sehr leich acide, aber die aciden wasserstoffatome beim aceton würde ich gerne mal sehen.
aceton ist ein keton und besitzt deshalb die eigenschaft der keto-enol tautomerie. d.h. aceton müsste leicht basisch sein. da die enolform beim aceton nicht stabilisiert wird, liegt das gleichgewicht wohl sehr stark auf seiten der keto form.


desweiteren sollte der lehrer selbst bei rechnenaufgaben ein wenig drauf achten, was er da erzählt, immerhin ist das fach offensichtlich chemie und er ein chemielehrer.. er sollte wenigstens in der lage sein, eine esterspaltung korrekt in so eine aufgabe einzubinden.

 

[HoRRoRTeRRaN]

hmmja der chemie unterricht ist hier relativ fürn arsch, obwohl es oberstufe ist... ist eigetnlich recht schade
ich schau mir die ganzen ansätze/lösungen heute nachmittag an, muss nun schon ab zur schule ;p
vielen dank schonmal

ps.: da wir momentan die Aufgaben mit dem angeführten Schema von Iceman gerechnet haben, wird wohl auch soetwas "einfaches" gemeint sein.

 

[Ursus]

1. Alpha-Wasserstoffe benachbart zur Carbonylgruppe sind per Definition acide und sind mit geeigneten Reagenzien abspaltbar. Aceton besitzt demnach 6 acide Wasserstoffe. Alle Äquivalent. Nicht umsonst gibt es analog der Keto-Enol-Tautomerie die entsprechende Enolatstabilisierung. Effekt dieser acidifizierende Wirkung ist die -I-Wirkung der Carbonylgruppe und die Resonanzstabilisierung des Enolations.
basisch ist da nichts

2. Zu Sauerstoff in Mesomerie stehende positive Ladungen am Kohlenstoff nennt man bei uns anders (habe ich anders gelernt) Das klassische Carbeniumion erhält man durch Elimierung geeigneter Abgangsgruppen. Keine Lust jetzt nachzuschauen. Zudem ist wikipedia auch keine günstige Quellenangabe. Auch wenn ich selbst ein großer Wikifan bin, würde ich dort keiner Angabe vertrauen, die man nicht woanders sich bestätigen kann. Dann bitte lieber Chemgapedia zitieren. Die schreiben wenigstens oft von Lehrbüchern und Papern ab und bieten eine gute Zusammenfassung.

3. Zur EE-Spaltung äußere ich mich jetzt nicht, hab gerade keine Literaturangaben bezüglich Molverhältnisse, Reaktionsführung und Ausbeuten parat. War auch nur ne Vermutung von mir, rechne normalerweise nur in Stoffmenge und Äquivalente. Aber so einfach sind Verseifung komplexerer Verbindungen nicht. Möchte demnach für meine Aussage nicht meine Hand ins Feuer legen. Organikum hat leider nur höhere Homologe aufgeführt mit Ausbeuten bis 80%. Außerdem bin ich mir ziemlich sicher, dass ich desöfteren EE basisch ausgeschüttelt habe. Hat er immer überlebt. Zudem ist für mich basisch, wenn sich das pH-Papier auflöst ;-)

4. Ich würde nicht so vorschnell reden, dass in 100 Jahren es anders aussieht. Alles steht in einem Gleichgewicht und es gibt auch bei nahezu 100% Reaktionsrichtung stets etwas von der anderen Seite. Aber Geschwindigkeitskonstanten sind mir nun leider auch unbekannt von dieser Reaktion. Wenn ich wieder im Labor bin, kann ich ja in ne Ecke ein Glas EE mit NaOH und Aceton als Vermittler anrühren und mal ein Jahr warten =)

edit: H+ und OH- Ionen sind im Ansatz schon enthalten. Schließlich wird in einem protischen LM gearbeitet



zudem sollte man auf den Lösungsweg der Aufgabenstellung eingehen. Hier soll man anscheind den Umgang einfacher Gleichungen üben. Praxisnahe Beispiele sind in der Regel recht schwer anwendbar. Außerdem gehen oft die Vorstellungen der Lösung eines Lehrers bizarre Wege.

Quelle:
-Organikum, Wiley-VCH-Verlag
-Organic Chemistry, Oxford

Der Threadersteller soll doch bittesehr die Lösung, die sich der Lehrer ausgedacht, hier posten.

chemische Grüße