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Ethylamin-Zerfall - Beispiel einer kinetischen Analyse

Experimentelles des Ethylamin-Zerfalls

Als konkretes Beispiel der kinetischen Untersuchung einer chemischen Reaktion betrachten wir den Zerfall von Ethylamin in der Gasphase. Ein mit Ethylamin gefüllter Kolben ( $100 mbar$ ) wird schnell auf $500 °C$ erhitzt. Hierbei entstehen Ethylen und Ammoniak.

\begin{matrix} C H_{3} C H_{2} N H_{2} (g) & \to & C H_{2} = C H_{2} (g) + N H_{3} (g) \end{matrix}

Mit Ablauf der Reaktion steigt der Innendruck des Kolbens an, da aus einem Molekül des Eduktes zwei Moleküle des Produktes entstehen. Der zeitliche Verlauf der Reaktion lässt sich also durch die Messung des Innendruckes des Kolbens verfolgen. Die Partialdrücke der drei Reaktanden können der Tabelle entnommen werden.

Tab.1: Partialdrücke der drei Reaktanden

$C H_{3} C H_{2} N H_{2}$	$p_{1} (t) = p_{1} (0) - x (t) = 100 - x (t)$
$H_{2} C = C H_{2}$	$p_{2} (t) = p_{2} (0) + x (t) = x (t)$
$N H_{3}$	$p_{3} (t) = p_{3} (0) + x (t) = x (t)$
Gesamtdruck:	$p (t) = 100 + x (t)$

Die gemessenen Drücke sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

Tab.2: Messwerte des Gesamtdrucks $p (t)$ in $mbar$

$t [min]$	2,5	5	7,5	10	15	20	25
-0,1	120,9	138,1	151,5	162,1	176,7	185,7	191,3
0,0	121,7	138,7	152	162,4	177,0	185,9	191,5
+0,1	122,5	139,3	152,5	162,8	177,2	186	191,4

Die $p$ -Werte in der 0,0-Zeile beziehen sich auf die in der allerersten Zeile angegebenen Zeiten 2,5 bis 25 $min$ .
Die $p$ -Werte der -0.1 und +0.1 -Zeile sind jeweils 6 Sekunden ( $0,1 min$ ) vor bzw. nach der jeweiligen Zeit gemessen worden.
Ziehen wir vom Gesamtdruck $p (t)$ $100 mbar$ ab, so entstehen die entsprechenden Werte für $x (t)$ und daraus die Partialdrücke der drei Reaktanden.

Einen ersten Eindruck vom Verlauf der Zerfallsreaktion vermittelt das Auftragen der ermittelten Partialdrücke aus der mittleren Messreihe über die Reaktionszeit. In den beiden Diagrammen ist die Abnahme des Ethylamins bzw. die Zunahme von Ethylen und Ammoniak dargestellt. Prinzipiell reicht die Auftragung für einen Reaktanden aus, da aufgrund der Stöchiometrie die Kurven für $p_{2}$ und $p_{3}$ gleich und für $p_{1}$ um $50 mbar$ gespiegelt sind.