SN1-Reaktion - Geschwindigkeit < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 17:55 Do 09.08.2007 | | Autor: | oli_k |
Hallo,
es geht um die Reaktion von 2-Brom-Propan zu einem Carbokation und einen [mm] Br^{-}-Ion [/mm] und schliesslich mit [mm] OH^{-} [/mm] zu 2-Propanol.
Geschwindigkeitsbestimmend ist ja dieser Schritt, da dieser der langsamere ist (nur die Mitte herausgegriffen, oben und unten gehört halt noch [mm] CH_{3} [/mm] dran):
$ H-C-Br [mm] \to H-C^{+} [/mm] + [mm] Br^{-} [/mm] $
Der nukleophile Angriff von [mm] OH^{-} [/mm] geht ja dann sehr schnell.
Also ist doch nur die Menge der 2-Brom-Propan-Moleküle wichtig für die Geschwindigkeit, die Menge der [mm] OH^{-}-Ionen [/mm] unwichtig, oder?
Was ich nun garnicht verstehe - Für die Berechnung von v setzt man diese beiden plötzlich gleich:
$ [mm] v_{r} [/mm] = [mm] -\bruch{dc(2-Brom-Propan)}{dt} [/mm] = k*c(2-Brom-Propan) = [mm] k*c(OH^{-}) [/mm] $
Kann mir das jemand erklären? Wo kommen die [mm] OH^{-}-Ionen [/mm] eigentlich genau her? Bin eher Physiker/Mathematiker, habe nicht ganz so das Verständis für die Sache...
Danke
Oli
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Hallo Oli,
> es geht um die Reaktion von 2-Brom-Propan zu einem
> Carbokation und einen [mm]Br^{-}-Ion[/mm] und schliesslich mit
> [mm]OH^{-}[/mm] zu 2-Propanol.
>
> Geschwindigkeitsbestimmend ist ja dieser Schritt, da dieser
> der langsamere ist (nur die Mitte herausgegriffen, oben und
> unten gehört halt noch [mm]CH_{3}[/mm] dran):
> [mm]H-C-Br \to H-C^{+} + Br^{-}[/mm]
> Der nukleophile Angriff von
> [mm]OH^{-}[/mm] geht ja dann sehr schnell.
>
> Also ist doch nur die Menge der 2-Brom-Propan-Moleküle
> wichtig für die Geschwindigkeit, die Menge der [mm]OH^{-}-Ionen[/mm]
> unwichtig, oder?
Genau. Bei einer hier vorliegenden SN1-Reaktion bestimmt die Konzentration des 2-Brompropans die Reaktionsgeschwindigkeit.
> Was ich nun garnicht verstehe - Für die Berechnung von v
> setzt man diese beiden plötzlich gleich:
> [mm]v_{r} = -\bruch{dc(2-Brom-Propan)}{dt} = k*c(2-Brom-Propan) = k*c(OH^{-})[/mm]
>
> Kann mir das jemand erklären? Wo kommen die [mm]OH^{-}-Ionen[/mm]
> eigentlich genau her? Bin eher Physiker/Mathematiker, habe
> nicht ganz so das Verständis für die Sache...
>
> Danke
> Oli
Also die [mm] OH^{-}-Ionen [/mm] werden zugesetzt, als Reagenz. Vermutlich Natriumhydroxid in methanolischer Lösung.
Die Konzentration des 2-Brompropans bestimmt ja die Reaktionsgeschwindigkeit, ist also der langsamere Schritt im SN1-Mechanismus.
Die Reaktion der Hydroxidionen mit dem Carbokation geht im 2. Schritt des SN1-Mechanismus ja rasch von statten.
Aber die Geschwindigkeit, mit der sich die Konzentration des 2-Brompropans ändert ist ja gleich der Geschwindigkeit, mit der sich die Konzentration der Hydroxidionen ändert.
Die Hydroxidionen könnten zwar schneller reagieren, werden aber durch die Geschwindigkeit des Prozesses limitiert, der die Carbokationen zur Verfügung stellt. Wenn keine Carbokationen zur Verfügung stehen, können auch keine Hydroxidionen mit ihnen schnell reagieren. Daher sind die beiden Geschwindigkeiten, mit denen sich die Konzentrationen von 2-Brompropan und Hydroxidionen verringern, identisch.
Nur als Anmerkung:
Bei einer Struktur wie dem 2-Brompropan hängt die Bedingung, ob die Umsetzung beider Stoffe nach einem SN1-Mechanismus oder einem SN2-Mechanismus stattfindet, von der Anfangskonzentration der Edukte ab: relativ große Anfangskonzentrationen bewirken eine Reaktion nach SN2, relativ kleine Anfangskonzentrationen eine Reaktion
nach SN1. Dazwischen, d.h. bei Konzentrationen um ca. 0,1 mol/l erhält man beide Reaktionen nebeneinander in Konkurrenz zueinander.
Aus:
![[]](/images/popup.gif) http://www.hamm-chemie.de/j12/j12te/nucsub_ro.htm
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:48 Do 09.08.2007 | | Autor: | oli_k |
Hi,
danke für die Antwort, die URL hatte ich mir auch schon angeguckt...
Dennoch bleibt meine Frage eigentlich noch offen:
Nach der Formel ist [mm] $v_{r} \sim c(OH^{-})$... [/mm] Das würde heissen, dass je mehr [mm] OH^{-} [/mm] da ist, desto schneller geht die Reaktion. Es wird nicht davon gesprochen, dass c', also die Geschwindigkeit der Änderungen von beiden Konzentrationen gleich ist, sondern eben davon, dass die Konzentrationen gleich sind, also exakt dieselbe mol/l-Angabe haben... Dennoch hat man doch nichts davon, wenn [mm] OH^{-} [/mm] total im Überschuss ist, aber kaum Carbokationen entstehen... Eben diese finden in der Formel aber garkeinen Einzug!
Hoffentlich kannst du mir das noch schlüssig machen...
Danke
Oli
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Hallo Oli,
ja, das hatte ich vorhin überlesen; sorry.
Wenn es sich denn um einen SN1-Mechanismus handeln soll, dann wäre die Aussage [mm] v_{R} \sim c(OH^{-}) [/mm] ja unrichtig. Es müsste also ein Fehler sein.
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 00:30 Fr 10.08.2007 | | Autor: | oli_k |
Hm, dann muss ja das ganze Arbeitsblatt falsch sein... Das dazugehörige Diagramm trägt [mm] c(OH^{-}) [/mm] gegen t auf, dabei wird [mm] c(OH^{-}) [/mm] mit der Zeit immer geringer - von anfangs [mm] 10^{-3} [/mm] mol/l auf nach zwei Tagen [mm] 6,6*10^{-4} [/mm] mol/l... Dass [mm] c(OH^{-}) [/mm] auf jeden fall sinken muss ist mir klar, aber ist [mm] c(OH^{-}) [/mm] wirklich SO gering am Anfang? Normal sollte doch die Lösung viel mehr davon enthalten, sie ist doch als Donator dafür gedacht, oder? Also wird in dem Diagramm wohl eher die 2-Brompropan-Konzentration gemeint sein, meinst du auch?
Oli
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Hallo,
Das Arbeitsblatt muss nicht falsch sein.
Also aus der Geschwindigkeit der Änderung der Hydroxidionenkonzentration kannst Du ja direkt auf die Geschwindigkeit der Änderung der 2-Brompropan-Konzentration schließen; die sind beide gleich.
Jetzt bräuchtest Du noch die Anfangskonzentration von 2-Brompropan.
Die Hydroxidionenkonzentration kann man halt viel einfacher bestimmen als die Konzentration von 2-Brompropan (durch Titration).
Wie Du in dem link gelesen hast, sind bei einer Konzentration von 0,1 mol/l der Edukte beide Mechanismen, SN1 und SN2, gleichberechtigt.
Wenn die Konzentration von 2-Brompropan dann auch um die 1 mmol läge, wäre man mechanistisch wahrscheinlich auf der sicheren Seite.
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 19:54 Fr 10.08.2007 | | Autor: | oli_k |
Es steht dort aber ganz klar "ZU JEDEM ZEITPUNKT GILT: [mm] c(A)=c(OH^{-}), [/mm] das A ist das 2-Brompropan". Hab mal recherchiert, das ist auch definitiv so!
Aber warum?
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Hallo Oli,
> Es steht dort aber ganz klar "ZU JEDEM ZEITPUNKT GILT:
> [mm]c(A)=c(OH^{-}),[/mm] das A ist das 2-Brompropan". Hab mal
> recherchiert, das ist auch definitiv so!
> Aber warum?
Ich kann das von dir angegebene Zitat auf der Website nicht finden. Allerdings steht dort bei der SN1 Reaktion:
"Zu jedem Zeitpunkt der Reaktion gilt: c(A) = c(OHG) und c(C) = c(BrG)"
Das A ist in der Tat 2-Brompropan. Was der Autor allerdings unter OHG und BrG versteht, erschließt sich mir nicht.
Die Konzentration an 2-Brompropan kann natürlich zu jedem Zeitpunkt gleich der Hydroxidionenkonzentration sein, aber nur dann, wenn man sie zu Beginn des Versuches so eingestellt hat, das äquimolare Mengen vorhanden sind.
Für einen möglichst vollständigen Reaktionsablauf sollte die Hydroxidionenkonzentration mindestens gleich der 2-Brompropankonzentration sein; sie hat in dem angegebenen Konzentrationsbereich (von 1 mmol/l 2-Brompropan) allerdings keinen Einfluß auf die Reaktionsgeschwindigkeit.
Und, wie gesagt, die Hydroxidionenkonzentration kann man auch größer als die 2-Brompropankonzentration wählen.
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 03:07 Sa 11.08.2007 | | Autor: | oli_k |
Das angesprochene Zitat steht EXAKT so auf meinem Arbeitsblatt, nicht auf der Webseite... Also nichts mit OHG oder so.
Und, wie gesagt, die Hydroxidionenkonzentration kann man auch größer als die 2-Brompropankonzentration wählen.
Das würde ja heissen, dass nach der Formel v=k*c(OH-) die Reaktion schneller würde, wenn ich mehr OH- hinzugebe und die Brompropan-Konzentration konstant halte - Und das seh ich eben nicht ein...
Danke
Oli
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Hallo Oli,
> Das angesprochene Zitat steht EXAKT so auf meinem
> Arbeitsblatt, nicht auf der Webseite... Also nichts mit OHG
> oder so.
Das musst Du mir sagen. Ich bin ja kein Hellseher.
Wie ich bereits erwähnt habe, kann die Konzentration an Hydroxidionen durchaus gleich der Konzentration an 2-Brompropan sein; nämlich wenn man sie zu Beginn der Reaktion so einstellt. Das müsstest aber eigentlich DU wissen, wenn Du den Versuch durchgeführt hast, ob die Mengen an verwendetem Natriunhydroxid (o.ä.) und 2-Brompropan äquimolar waren.
> Und, wie gesagt, die Hydroxidionenkonzentration kann man
> auch größer als die 2-Brompropankonzentration wählen.
> Das würde ja heissen, dass nach der Formel v=k*c(OH-) die
> Reaktion schneller würde, wenn ich mehr OH- hinzugebe und
> die Brompropan-Konzentration konstant halte - Und das seh
> ich eben nicht ein...
Nun, das siehst Du zu Recht nicht ein, weil es auch i.a. nicht stimmt. Deine Vorraussetzung ist ja ein SN1 Mechanismus und die dazu nötige Konzentration liegt mit großer Wahrscheinlichkeit um 1 mmol. Dass bei einem SN1-Mechanismus die Proportionalität [mm] v_{R} \sim c(OH^{-}) [/mm] generell nicht zutrifft, habe ich dir bereits erzählt.
Die einzige Ausnahme wäre natürlich, wenn die Mengen an eingesetztem 2-Brompropan und Natriumhydroxid tatsächlich genau äquimolar wären. In diesem Fall könnte man in der Tat schreiben:
[mm]\bruch{d(c(H_{3}C-CHBr-CH_{3})}{dt} = k*c(H_{3}C-CHBr-CH_{3}) = k*c(OH^{-})[/mm]
,da ja für jedes reagierende Molekül 2-Brompropan genau ein Hydroxidion im gleichen Zeitraum verbraucht wird.
D. h., [mm] v_{R} [/mm] = k * [mm] c(OH^{-}) [/mm] gilt nur für exakte Äquimolarität der Edukte; ist die Hydroxidionenkonzentration verschieden von der Konzentration des 2-Brompropan, gilt die Gleichung, wie gesagt, nicht mehr. Und weiterhin gilt im angegebenen Konzentraionsbereich: die Hydroxidionenkonzentration hat keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit.
Wenn Du den Versuch selber durchgeführt hast, würde es doch die Problematik sehr erhellen, wenn Du einmal etwas über deine Anfangskonzentrationen berichten würdest.
LG, Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 16:51 Sa 11.08.2007 | | Autor: | oli_k |
Nein, habe den Versuch leider nicht selbst durchgeführt. Habe aber glaub ich jetzt verstanden, was du mir sagen möchtest... Werde mich da dann mal ranmachen jetzt, wenn ich noch Fragen habe, meld ich mich nochmal.
Danke!
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