Berechnung der Reaktionszeit // Natriumthiosulfat-Lösung

Question

Aufgabe:

Gibt man Säure zu einer Natriumthiosulfat-Lösung, so schneidet sich elementarer Schwefel ab. Bei einer Temperatur von 14°C dauert dies 160 Sekunden. Berechnen sie die Reaktionszeit bei 54°C.

Problem/Ansatz:

Ich habe leider von solchen Chemischen Rechnungen keinen Plan, wäre also echt dankbar, wenn mir das mal jemand erklären könnte. Schonmal danke im Voraus.

Answer 1

Grüße chemweazle, ein gesegnetes, frohes, neues Jahr,

Berechnen sie die Reaktionszeit einer Nartiumthiosulfat-Lösung

Gibt man Säure zu einer Natriumthiosulfat-Lösung, so schneidet sich elementarer Schwefel ab. Bei einer Temperatur von 14°C dauert dies 160 Sekunden. Berechnen sie die Reaktionszeit bei 54°C.

Zur Reaktion: Beim Ansäuern einer Thiosulfatlösung,S₂O₃^(2-), entsteht durch die Säure-Base-Reaktion etwas undissoziierte Thioschweflige Säure, H₂S₂O₃,die sobald gebildet, in elementaren Schwefel, S, und Schweflige Säure, H₂SO₃ zerfällt. Die Nun gebildete Schweflige Säure steht im dynamischen Gleichgewicht mit Ihrem Anhydrid Schwefeldioxid, SO₂ und Wasser.

Reaktion:

1. Ansäuern, Säure-Base-Reaktion, Bildung der Thioschwefligen Säure

S₂O₃^(2-)_(aq) + 2 H⁽⁺⁾_(aq) ⇌ H₂S₂O_3(aq)

2. Zerfall der Thioschwefligen Säure unter Schwefelabspaltung in Schweflige Säure

H₂S₂O_3(aq) → H₂SO_{3 (aq)} + S⁰_(s) ↓

3.Bildungs- und Zerfallsgleichgewicht zwischen der Schwefligen Säure und ihrem Anhydrid und Wasser

H₂SO_3(aq) ⇌ SO_2(g)(aq) + H₂O

Zur Kinetik: Es ist kein Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz angegeben. Es bleibt somit nichts anderes übrig, als eine Schätz-Rechnung mit Hilfe der Faustformel nach Vant-Hoff, der RGT-Regel vorzunehmen.

In grober Näherung verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit mit jeder Temperaturzunahme um 10 K.
Die Temperaturdifferenzen auf der Celsius-Skala und auf der Kelvin-Skala sind gleich.

Δθ = ΔT

[ 54 + 273 - ( 14 + 273 ) ] * K = [ 54 - 14 ] K = 40 K

Bei einer Temperatursteigerung von 40 K, mit 4 mal 10 K,steigt dann die Reaktionsgeschwindigkeit auf das 2^{(40 K /10 K)}-fache, also dem 2⁴ fachen = das 16fache an.

$$v(T_{hoch}) = v(T_{niedrig})\cdot 2^{\dfrac{T_{hoch} - T_{niedrig}}{10\cdot K}}$$

Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit nun bei der Temperaturerhöhung um 40 K auf das 16fache steigt, so verkürzt sich die Reaktionszeit bei der Temperatur von T = 327 K, entspr. θ = 54^°C auf ein Sechszehntel, ¹⁄₁₆.

Bei der Temperatur von θ = 14^°C = 277 K, betrug die Reaktionszeit 160 s. Nun bei der höheren Temperatur mit der 16fachen Reaktionsgeschwindigkeit beträgt die Reaktionsdauer nur noch ein Sechszehntel von 160 s, ^{160 s}⁄₁₆ = 10 s.

Comments

Man könnte vielleicht auch einfach die van-'t-Hoff'sche Regel anwenden, also die Tatsache, dass sich bei einer Temperaturerhöhung um 10°C die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt ?

14°C  →  160 s

24°C  →   80 s

...

54°C  →  10 s

Dir ein glückliches und friedvolles Jahr 2022 !

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Grüße chemweazle, ein frohes, gesundes, neues Jahr,

Diese Darstellung ist wunderbar übersichtlich, super.

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Dankeschön :))