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Einführung in die Kinetik V (Kinetische Analyse und Experimente)

Homogene Katalyse

Eine Katalyse wird homogen genannt, wenn sich der Katalysator im Reaktionsmedium löst, so dass ein einphasiges System vorliegt. In wässriger Lösung werden deshalb beispielsweise Metall-Ionen als Katalysatoren eingesetzt. Die hier beschriebene Reaktion der Oxidation von Thiosulfat durch Eisen(III)chlorid bildet mit Cu2+-Ionen ein homogenes Phasensystem (homogene Katalyse).

Geräte und Chemikalien: Reagenzgläser, Meßpipetten. 0,05mol/L FeCl3-Lösung, 0,01mol/L Na2S2O3-Lösung, 5 %ige CuSO4-Lösung.

Durchführung: In zwei große Reagenzgläser gibt man bei Zimmertemperatur je 10mL einer 0,05mol/L FeCl3-Lösung. Die Lösung im zweiten Reagenzglas wird mit einem Tropfen einer 5 %igen Kupfersulfat-Lösung versetzt. Nun gibt man zu beiden Lösungen je 10mL einer 0,01mol/L Na2S2O3-Lösung. Man schüttelt um und misst die Zeit, die bis zum Verschwinden der rotvioletten Färbung notwendig ist.

Abb.1
(1) FeCl3-Lösungen: rechtes Glas mit Katalysator
Abb.2
(2) Zugabe der Na2S2O3-Lösung (t = 0 sek)
Abb.3
(3) t = 7 sek
Abb.4
(4) t = 14 sek
Abb.5
(5) t = 21 sek
Abb.6
(6) t = 28 sek

Erklärung:

Fe3+ bildet in wässriger Lösung mit Thiosulfat rot-violett gefärbte Komplexe:

[Fe(H2O)6]3++ S2O32 [Fe(H2O)4(S2O3)]++ 2H2O

Der Thiosulfato-Eisen-Komplex ist jedoch nicht beständig, er zerfällt gemäß:

2[Fe(H2O)4(S2O3)]++ 4H2O 2[Fe(H2O)6]2++ S4O62

Eisen(III) wird dabei zu Eisen(II) reduziert und Thiosulfat (Monosulfanmonosulfonat) zu Tetrathionat (Disulfandisulfonat) oxidiert. Die rot-violette Lösung entfärbt sich. Auch andere Schwermetall-Ionen katalysieren diese Redox-Reaktion. Wird ein Tropfen einer Kupfersulfat-Lösung zugegeben (Versuch im rechten Reagenzglas), läuft die Reaktion sehr viel schneller ab. Dass im rechten Glas die gleiche Reaktion abläuft, wird in Bild 2 deutlich. Bei Zugabe der Thiosulfat-Lösung tritt kurzzeitig die gleiche rötliche Färbung auf wie im linken Bild, die Lösung entfärbt sich jedoch in Bruchteilen einer Sekunde.

Abb.7
Homogene Katalyse

Siehe auch die Lerneinheiten Katalyse, Katalyse.

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