Die quantitative Elementaranalyse von Ethanol
Experimente:
Versuch: Die quantitative Elementaranalyse der Alkohole
Bei der quantitativen Elementaranalyse bestimmt man nicht nur, welche
Elemente am Aufbau eines Moleküls beteiligt sind. Man ermittelt zugleich auch deren Mengenverhältnisse.
Der Versuchsaufbau entspricht auch heute immer noch prinzipiell der von J. von
Liebig entwickelten Apparatur. Allerdings bestimmen wir in unserem Experiment die Menge an
CO2 mit Hilfe eines Kolbenprobers (-> Versuch).
Auswertung einer konkreten Messung
Bei der qualitativen Analyse wurden die Elemente C, H und O nachgewiesen.
Wir geben in die Analyseapparatur 0,1 ml Ethanol. Mit der Dichte von 0,789 g/ml berechnen wir
daraus die Masse:
m (Ethanol) = 0,0789 g
Messbedingungen: p = 1020 hPascal; T = 298 K.
Bestimmung des Kohlenstoffanteils im Ethanol
Bei der Messung wurden V (CO2) = 80 ml Gas freigesetzt. Mit Hilfe der Gasgesetze
reduzieren wir dieses Volumen auf Normalbedingungen (p = 1,013 hPa; T = 273,16 K). Wir erhalten
Vn (CO2) = 74 ml.
Es gilt folgende Beziehung:
M steht für die Molmasse. VM,n (CO2) ist 22,4 l/mol.
Durch Einsetzen der o. a. Messwerte erhalten wir für den Kohlenstoffanteil in 0,0789 g Ethanol
m (C) = 0,04 g
Bestimmung des Wasserstoffanteils im Ethanol
Es wurden m (H2O) = 0,09 g ermittelt.
1 Mol Wasser enthält 2 Mol Wasserstoff. Es gilt also
n (H) = 2 n (H2O)
Zur Berechnung des Wasserstoffanteils in 0,09 g Wasser gehen wir so vor:
Mit den Messwerten erhalten wir für den Wasserstoffanteil in 0,0789 g Ethanol
m (H) = 0,01 g
Berechnung des Sauerstoffanteils im Ethanol
Die Masse des Sauerstoffs wird durch Differenzbildung berechnet.
m (O) = m (Ethanol) - m (C) - m (H)
m (O) = 0,029 g
Berechnung des Massenverhältnisses der Elemente im Ethanol
Das Massenverhältnis der drei Elemente beträgt für Ethanol
m (C) : m (H) : m (O) = 0,04 : 0,01 : 0,029
Berechnung des Atomzahlverhältnisses der Elemente im Ethanol
Nun müssen wir die Stoffmengen ins Spiel bringen, das heißt also die Molzahlen. Über die Beziehung
n = m / M
folgt
n (C) : n (H) : n (O) = 3,33 : 10 : 1,81
Durch den kleinsten Wert dividiert erhalten wir
n (C) : n (H) : n (O) = 1,8 : 5,5 : 1
Wir runden auf / ab.
n (C) : n (H) : n (O) = 2 : 6 : 1
Nach dieser Prozedur wissen wir, dass folgende Beziehung gilt:
Die Atomzahlen von C, H und O verhalten sich in Ethanol etwa wie 2:6:1
Damit haben wir das Atomzahlverhältnis festgelegt. Die Formel der Alkohole wäre somit
C2H6O
Zum guten Schluss fehlt leider noch etwas...
Wir sprechen hier von einer Verhältnisformel. Reicht das aus? Nein, es könnte ja auch ein Vielfaches
davon sein!
(C2H6O)n
Wie man die richtige Summenformel ermittelt, erklären wir hier.
Dann bleibt aber noch die Frage nach der richtigen Struktur. Denn vom C2H6O gibt es zwei Isomere. Wie man die wahre Struktur des Ethanols ermittelt, wird hier beschrieben.
Literatur:
R. Blume und Koll.: Chemie für Gymnasien 2, Ausgabe Sachsen-Anhalt, Mecklenburg Vorpommern, Brandenburg.
Cornelsen, Berlin 2001.
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