Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 
Photochemische Halogenierung
 
Um zu zeigen, unter welchen Umständen die reaktionsträgen Alkane reagieren, werden folgende Versuche durchgeführt.

Versuch 1: In einen trockenen 100-mL-Erlenmeyerkolben werden ca. 15 mL n-Heptan* eingefüllt, danach 4-5 Tr. elementares, flüssiges Brom*. Das Gemisch wird danach auf zwei gleich große Erlenmeyerkolben aufgeteilt (A und B), die beide mit einem Uhrglas verschlossen werden. Einer der beiden Kolben (A) wird auf dem OHP belichtet. Wenn die braune Farbe des Broms verschwunden ist, wird ein angefeuchtetes Indikatorpapier in den Kolben gehalten, anschließend 1 Tr. konz. Ammoniak-Lösung (an einem Glasstab oder Pipette).

Versuch 2: In den Erlenmeyerkolben A werden ca. 20 mL aqua dest. gegeben, und das Gemisch in einem Scheidetrichter geschüttelt und anschließend getrennt. Mit der organischen Phase wird danach (im Abzug!) die Beilstein-Probe gemacht, 3 mL der wässrigen Phase werden im Rggl. mit Silbernitrat-Lösung versetzt.

Versuch 3: Ein 1-l-Erlenmeyer-Kolben wird mit Feuerzeuggas* gefüllt. Unter dem Abzug werden anschließend 1-2 Tr. Brom* hinzugefügt und der Kolben mit einem Uhrglas zugedeckt. Das Gemisch wird mit dem OHP bestrahlt. An bzw. in die Kolbenöffnung wird danach konz. Ammoniak-Lösung bzw. ein angefeuchteter Indikatorpapierstreifen gehalten. Dann werden 10 mL Heptan zugegeben, durchgeschüttelt und mit dieser Lösung die Beilstein-Probe durchgeführt.

Arbeitsaufträge:
1. Notiere sorgfältig alle Versuchsbeobachtungen und fasse die Ergebnisse tabellarisch zusammen.
2. Was ist mit der unbelichteten Hälfte des ersten Reaktionsgemisches geworden? Notiere!
3. Welche gasförmigen Produkte werden mit dem angefeuchteten Indikatorpapier und dem Tropfen konzentrierter Ammoniak-Lösung nachgewiesen? Formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!
4. Warum müssen die in den Versuchen verwendeten Erlenmeyerkolben absolut trocken sein?
5. Erkläre die Ergebnisse der Beilstein-Probe und formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!
6. Formuliere alle Monobromverbindungen aus den Versuchen 1 (Ausgangsalkan: Heptan) und Versuch 3 (Feuerzeuggas besteht aus Propan, Butan und Isobutan).
7. Was genau versteht man unter der „Beilstein-Probe"? Wie wird sie durchgeführt?

____________________ Alkane reagieren selbst mit _____________________Halogenen nur unter Zuhilfenahme von_______. Bei den exotherm verlaufenden Reaktionen bilden sich die __________________ der entsprechenden Alkane, jedoch nicht nur als Monobromverbindungen, sondern vielfach auch als Di-, Tri- oder Polyhalogenverbindungen. Wie aus Arbeitsauftrag 3 und der entsprechenden Reaktionsgleichung deutlich wird, handelt es sich bei diesen Reaktionen um ______________________________ , weil Alkan-Wasserstoffatome durch ______________ ersetzt werden. Gleichzeitig bezeichnet man diesen Reaktionstyp als __________________ ________________ , weil die Reaktion durch Licht ausgelöst wurde. Mit Hilfe dieser Reaktion können reaktionsträge Alkane in wesentlich reaktionsfreudigere Halogenalkane = _____________________überführt werden. Weil Chlor als Abfallprodukt der _____________________ (Hauptprodukt ist die Natronlauge und Wasserstoffgas) in großen Mengen verfügbar und reaktionsfreudiger als das teuere Brom, wird diese Reaktion hauptsächlich mit Chlor durchgeführt. Der große Nachteil dieses Reaktionstyps ist, dass selbst bei genauer Dosierung von Chlor und präziser Reaktionsführung immer _______________entstehen (Monohalogenalkan, Dihalogenalkan, Trihalogenalkan bis zum Polyhalogenalkan). Mit anderen Worten: ein gezieltes Produkt herzustellen gelingt auf diese Weise nicht. Die Folge: aufwändige ___________________. Deswegen werden heute nur wenige Produkte der chemischen Industrie auf diese Weise hergestellt: Chlormethan, Chlorethan, Dichlormethan.

Wortliste: Licht, reaktionsträge, Mischprodukte, Bromatome, Substitutionsreaktionen, reaktionsfreudig, Bromverbindungen, Alkylhalogenide,
Kochsalz-Elektrolyse, Halogenierung, Trennungsoperationen
, photochemisch;

Quelle: Tausch, v. Wachtendonk: Chemie 2000+, Band 2, Bamberg 2004
            Gerhard Graeb: Reaktionen und Mechanismen - Organische Chemie 1 in der Kollegstufe - DBV, München 1980

 

Lösungen:

 
Arbeitsaufträge:

1. Notiere sorgfältig alle Versuchsbeobachtungen und fasse die Ergebnisse tabellarisch zusammen.

Versuch 1: Das elementare flüssige Brom löst sich sofort im Heptan. Bei der Belichtung des Kolbens A dringt farbloses, stechender Nebel aus dem Erlenmeyerkolben. Die Lösung wird schnell farblos. Das angefeuchtete Indikatorpapier wird rot, an dem Glasstab mit dem Tropfen Ammoniak entsteht weißer Rauch. Im Kolben B ändert sich nichts (sofern er dunkel gehalten wird, ansonsten wird er ebenfalls mit der Zeit farblos, es dauert nur länger.)

Versuch 2: Im Scheidetrichter bilden sich 2 Phasen: die wässrige (unten) und die organische (oben). Die Beilstein-Probe ist positiv: es entsteht beim Glühen des vorher sorgfältig ausgeglühten Kupferdrahtnetzes eine türkis-grüne Färbung. Die wässrige Phase reagiert mit Silbernitrat-Lösung ebenfalls positiv: es entsteht ein leicht-gelblich gefärbter Niederschlag, der sich nur in konz. Ammoniak wieder auflöst.

Versuch 2: Beim Bestrahlen entweicht bereits ein stechend riechender, farbloser Dampf aus dem Kolben. Mit Ammoniak bekommt man den aus Versuch 1 bekannten weißen Rauch. Der Indikatorpapierstreifen reagiert rot. Nach der Zugabe von Heptan reagiert die Lösung bei der Beilstein-Probe positiv.

Beobachtung Versuch 1: Versuch 2: Versuch 3:
bei Belichtung Bildung eines farblosen, stechenden Nebels   Bildung eines farblosen, stechenden Nebels
Indikatorpapier wird rot   wird rot
mit Ammoniak Bildung eine weißen Rauches   Bildung eine weißen Rauches
Beilsteinprobe   positiv: türkis-grüne Flammenfärbung positiv: türkis-grüne Flammenfärbung
Silbernitrat   positiv: Bildung eines weißen Niederschlags  

2. Was ist mit der unbelichteten Hälfte des ersten Reaktionsgemisches geworden? Notiere!
Sofern sie genügend dunkel gehalten wurde, zeigt sie immer noch die rotbraune Farbe des Broms.

3. Welche gasförmigen Produkte werden mit dem angefeuchteten Indikatorpapier und dem Tropfen konzentrierter Ammoniak-Lösung nachgewiesen? Formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!

Indikatorpapier: Nachweis einer Säure, in diesem Fall Bromwasserstoffsäure, also in Wasser gelöstes Bromwasserstoffgas. Deswegen muss der Indikatorstreifen auch feucht sein.

Reaktionsgleichung: HBr(g)  +  H2O    --->  H+Br&(aq), danach Reaktion mit dem Indikatorfarbstoff

Ammoniak-Lösung: Bildung des festen, weißen Ammoniumbromids als Rauch

Reaktionsgleichung: HBr(g)  +  NH3(g)   ---->  NH4Br(s)

4. Warum müssen die in den Versuchen verwendeten Erlenmeyerkolben absolut trocken sein?

Weil ansonsten das gebildete Bromwasserstoffgas sich mit sehr großer Löslichkeit in der Feuchtigkeit des Erlenmeyerkolbens löst und für die folgenden Reaktionen nicht mehr zur Verfügung steht.
 

5. und 7.: Erkläre die Ergebnisse der Beilstein-Probe und formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!

Bei der Beilsteinprobe bilden sich aus dem Halogenwasserstoffgas und Kupfer flüchtige Kupfer(I)- und Kupfer(II)-halogenide, die eine türkis-grüne Flammenfärbung erzeugen. Eine ebensolche Flammenfärbung erzeugen ansonsten nur Salze des Metalls Thallium, ähnlich der Flammenfärbung von Bor-Salzen. (Thallium und Bor kann aber als abwesend betrachtet werden).

Reaktionsgleichung: 2 HBr(g)  + CuO(s)  ---> CuBr2(g)  +  H2O(g), und:  CuBr2(g)  +   Cu(g)  ---->  CuBr(g);

Vor der Durchführung der Beilstein-Probe sind die entsprechenden Sicherheitsvorschriften der Länder zu beachten. Einige Bundesländer haben die Beilsteinprobe verboten, andere nicht. Auf jeden Fall sollte die Probe nur mit kleinsten Mengen und nur im Abzug durchgeführt werden, keinesfalls als Schülerversuch, weil alles vorhanden ist, um hochgiftige Dioxine zu bilden.

siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Beilsteinprobe

6.
Formuliere alle Monobromverbindungen aus den Versuchen 1 (Ausgangsalkan: Heptan) und Versuch 3 (Feuerzeuggas besteht aus Propan, Butan und Isobutan).

Aus Versuch 1:  C7H15Br als (Mono-)-Brom-heptan, 2-Brom-heptan, 3-Brom-heptan und 4-Brom-heptan

Aus Versuch 3: C3H7Br als Brompropan und 2-Brom-propan, mit Butan: C4H9Br als Brombutan, 2 Brom-butan,

mit Isobutan als 1-Brom-2-methyl-propan und als 2-Brom-2-methyl-propan

update: 17.03.17                                                                                                                                                                                   zurück        zur Hauptseite