Acidität von Phenolen < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 18:38 Di 17.03.2009 | | Autor: | Maluues |
Einen schönen Abend wünsche ich euch.
Demnächst schreiben wir eine Arbeit in Chemie.
Ein kleiner Unterpunkt ist die Acidität von Phenolen.
Phenole sind Verbindungen aus einem Benzolring und Hydroxigruppen.
Phenole reagieren im Wasser zu H3O+ und einem Benzolring mit einem negativ geladenen O Atom.
Jetzt sollen wir die Acidität von Phenol erkären, was mir leider nicht so leicht fällt.
Meiner Recherche liegt zu Fuß, dass die -OH Gruppe einen -I Effekt hat.
Dieser bewritk, dass Elektronen aus dem Ring "gezogen" werden könne und das H+ sich leichter abspalten kann.
Das sich jetzt am Benzolring befindende O- Atom kann durch delokalisierung stabilisiert werden.
Ich komme zu dem Schluss, dass durch die Stabilisierung des O- Ions , dass H+ nicht wieder so schnell am letzteren bindet (immerhin haben wir hier eine Gleichgewichtsreaktion) und das H+ daher länger in Form von H3O+ vorliegen kann.
H3O+ sammelt sich an und das Wasser wird sauer.
Habe ich das so richtig verstanden?
Was mich jetzt noch wurmt ist, dass wir den Vergleich verschiedener Substanten machen sollen (von der Acidität her).
Wie kann ich unterscheiden , ob Phenol eine stärker Acidität vorweist, als z.B Anilin ( -NH2 bewirkt schließlich auch einen -I Effekt)?
Grüße
maluues
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Hallo,
Im Großen und Ganzen ist der Text in Ordnung.
Letztlich hast Du 2 gegenläufige Effekte zu betrachten:
1.) Der -I-Effekt der Hydroxylgruppe auf den Ring bedeutet, dass das Sauerstoffatom elektronenreicher wird und das Wasserstoffatom schwerer heterolytisch abgespalten wird.
2.) Der -M-Effekt des Benzolrings auf die Hydroxylgruppe (bzw. auf das Sauerstoffatom) bewirkt, dass das Sauerstoffatom elektronenärmer wird - das Wasserstoffatom also als Proton gerne abgespalten wird.
Der -M-Effekt des Rings ist also stärker als der -I-Effekt der Hydroxylgruppe.
Anilin ist in wässriger Lösung eine schwache Base (pKB=9,4); oder anders formuliert: basischer als Wasser - ebenso wie Ammoniak gegenüber Wasser als Base reagiert;. Warum?
Phenol hat einen pKs von 9,99 - ist also eine schwache Säure in Wasser - oder anders gesagt: saurer als Wasser. Warum?
Wende das oben Gesagte auf diese beiden Substanzen an im Vergleich zu Wasser und beziehe die Elektronegativitätsdifferenzen mit ein.
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 19:21 Di 17.03.2009 | | Autor: | Maluues |
Hallo Martinius.
Danke für deine Antwort.
Jetzt stellt sich mir folgende Frage:
Ich dachte eigentlich, dass die -OH Gruppe einen -I Effekt und einen +M-Effekt bewirkt.
So steht es zumindestens in unserem Heft und wikipedia sagt das gleiche. (wobei man sich nie nur! auf wiki verlassen sollte).
Was mich hier jedoch wurmt ist folgendes:
Der -I Effekt wird doch eigentlich durch die Elektronegativität beschrieben.
Es geht darum, welches Atom die Elektronen stärker anzieht.
O zieht die Elektronen stärker an, als H , daher spaltet sich dann H+ leichter ab -> -i Effekt.
Da jedoch das O der OH-Gruppe am Benzolring, auch freie Elektronenpaare hat und diese mit dem Benzolring in Wechselwirkung treten können,ergibt sich daraus ein +M Effekt.
Bei wiki steht, dass der +M bewirkt, dass die Elektronen besser abgespaltet werden.
Kann ich mir das wie folgt vorstellen:
Ein freies Elektronenpaar tritt in Wechselwirkung mit dem Aromaten.
Dadurch "fehlen" dem Sauerstoff Elektronen. Es zieht die Elektronen des H an sich und das H ist nun besser abspaltbar.
Und wann weiß ich, ob ein +M Effekt einem -I Effekt etc überwiegt?
Beim Anilin hat man ja eine Nh2 Gruppe.
Dieser bewirkt einen +M Effekt oder einen -I Effekt.
Eigentlich bewirken doch beide Effekte, dass ein proton abgespaltet werden sollte.
Warum ist das hier nun anders? Das freie Elektronenpaar der Nh2 Gruppe bindet ja nun ein weiters H+ aus dem Wasser, sodass im Wasser Oh- entsteht...
Habe ich das überhaupt bisher richtig verstanden?
Grüße :(
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 19:40 Di 17.03.2009 | | Autor: | ONeill |
Hallo!
Also zunächst sei mal gesagt, dass auch wenn Phenol im Gegensatz zu nichtaromatischen Alkoholen relativ sauer ist, betrachtet man jedoch anorganische Säuren ist Phenol nur wenig acide.
Bei deiner ersten Frage sagst du, dass Phenol in Gegenwart von Wasser ein Proton abspaltet, das geschieht jedoch nur zu einem ganz geringen Anteil.
> Der -I Effekt wird doch eigentlich durch die
> Elektronegativität beschrieben.
> Es geht darum, welches Atom die Elektronen stärker
> anzieht.
> O zieht die Elektronen stärker an, als H , daher spaltet
> sich dann H+ leichter ab -> -i Effekt.
Das stimmt soweit, aber den Effekt beobachtest du ja bei allen Alkoholen, das ist erstmal nichts besonderes und macht im Vergleich zur Mesomerie nicht viel aus.
> Da jedoch das O der OH-Gruppe am Benzolring, auch freie
> Elektronenpaare hat und diese mit dem Benzolring in
> Wechselwirkung treten können,ergibt sich daraus ein +M
> Effekt.
Das stimmt soweit.
> Bei wiki steht, dass der +M bewirkt, dass die Elektronen
> besser abgespaltet werden.
> Kann ich mir das wie folgt vorstellen:
DA wird nirgendwo ein Elektron abgespalten. Es kommt zum Bindungsbruch zwischen O und H. Der +M Effekt hat zur Folge, dass die negative LAdung im ganzen Ring verteilt werden kann, siehe Bild:
[Dateianhang nicht öffentlich]
> Ein freies Elektronenpaar tritt in Wechselwirkung mit dem
> Aromaten.
> Dadurch "fehlen" dem Sauerstoff Elektronen. Es zieht die
> Elektronen des H an sich und das H ist nun besser
> abspaltbar.
Nein das stimmt so nicht ganz. Ein Benzolring hat einen +M Effekt, und schiebt dem Sauerstoff sogar Elektronen zu.
> Und wann weiß ich, ob ein +M Effekt einem -I Effekt etc
> überwiegt?
Du kannst immer davon ausgehen, dass mesomere Effekte bei weitem stärker sind als induktive Effekte.
Gruß ONeill
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: gif) [nicht öffentlich]
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 20:15 Di 17.03.2009 | | Autor: | Maluues |
Hallo und danke für deine Antwort ONeill.
Mir stellen sich wieder fragen:
Warum bewirkt denn der Benzolring einen +M -Effekt.
Ich dachte Substituenten bewirken I und M Effekte.
Der +M bewirkt eigentlich, dass die Elektronendichte im "Kern" höher ist.
Also O gibt seine Elektronen an den Kern, zieht daher die des Wasserstoffs (H) an und es kommt zu einem Bindungsabbruch?
Wenn der Benzolring dem Sauerstoff der hydroxyl-Gruppe Elektronen zuschiebt (warum tut er das? also wie lässt sich das begründen) müsste dann nicht immernoch der -I -Effekt der OH-Gruppe wirken. Dadurch hätte man ein sehr "negativ geladenes" Sauerstoffatom, dass noch mehr Elektronen vom Wasserstoff anzieht (aufgrund der Elekronegativität).
Ich bin leicht verwirrt.
Könntet ihr mir helfen?
Grüße
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(Antwort) fertig | | Datum: | 20:38 Di 17.03.2009 | | Autor: | ONeill |
> Hallo und danke für deine Antwort ONeill.
Immer gerne.
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> Mir stellen sich wieder fragen:
> Warum bewirkt denn der Benzolring einen +M -Effekt.
> Ich dachte Substituenten bewirken I und M Effekte.
Naja du kannst den Benzolring auch als Substituenten der OH Gruppe betrachten. Daher kann der auch I und M Einflüsse haben.
> Der +M bewirkt eigentlich, dass die Elektronendichte im
> "Kern" höher ist.
Was meinst du hier nun genau mit Kern?
> Wenn der Benzolring dem Sauerstoff der hydroxyl-Gruppe
> Elektronen zuschiebt (warum tut er das? also wie lässt sich
> das begründen) müsste dann nicht immernoch der -I -Effekt
> der OH-Gruppe wirken. Dadurch hätte man ein sehr "negativ
> geladenes" Sauerstoffatom, dass noch mehr Elektronen vom
> Wasserstoff anzieht (aufgrund der Elekronegativität).
Also der Benzolring hat aufgrund der relativ hohen Elektronendichte einfach die Möglichkeit ein bisschen Elektronen rauszuschieben, aber der induktive Effekt ist hier nicht entscheidend.
Entscheidend ist der mesomere Effekt:
Im Benzol (oder auch im Phenol) liegen senkrecht zu dem planaren Molekül die 2p-Orbitale der Kohelnstoffe, siehe das Bild hier:
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/2/vlu/chemische_bindung/aromatizitaet.vlu/Page/vsc/de/ch/2/oc/physikalische_grundlagen/chemische_bindung/resonanz/aromaten/aromeinf.vscml.html
Dadurch dass die senkrecht zueinander stehen können diese wechselwirken (siehe rechtes Bild). Das Blaue und das Rote sind halt die Lappen der p-Orbitale (um genau zu sein nennt man die [mm] p_z-Orbitale). [/mm] Die unterschiedlichen Farben brauchen dich eigentlich nicht zu interessieren, das ist für dich nicht relevant.
So wenn du dir nun dazu ein Sauerstoff denkst der daran hängt, dann kannst du bei dem auch die 2p-Orbitale einzeichnen. Das [mm] p_z-Orbital [/mm] des Sauerstoffs steht genauso wie die der Kohlenstoffe. Daher ist da auch eine Überlappung möglich.
Um wieder ganz einfach zu werden:
Das Deprotonierte Phenol hat eine negative Ladung am O. Aufgrund der Wechselwirkungen der p-Orbitale kann diese Ladung nun nicht nur am O gezeichnet werden, sondern auch an den 3 C´s wie ich es dir aufgemalt habe.
Dadurch dass die Ladung nicht an einem Platz sitzt, nennt man sie delokalisiert.
Eine delokalisierte Ladung ist energetisch deutlich günstiger als eine lokalisierte.
Stell dir vor du stehst in einem Kreis mit deinen Freunden. Dann geht ein Sack Zement rum. Eine einzelne Person würde den Sack ein paar Minuten festhalten und später fallen lassen weil der einfach zu schwer ist. Wenn aber einer Müde wird gibt er den Sack einfach an den nächsten weiter. Das ist für den Einzelnen energetisch günstiger.
Noch Fragen?
Gruß ONeill
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 20:57 Di 17.03.2009 | | Autor: | Maluues |
Krass. Super Erklärung! Danke dafür.
Ich habe den Text soweit verstanden, aber habe einfach Angst, dass ich eine Aufgabe bekomme, die ich dann nicht lösen kann.
Z.B mit Anilin. Ich hätte gesagt, dass es sich hier um einen -I Effekt handelt (aufgrund der Aminogruppe) oder eben einen +M Effekt und dadurch müsste ja eigentlich eine saure Reaktion stattfinden.
Aber es findet ja eine basische Reaktion statt :/.
Und ein Frage hätte ich noch zum Verständnis von Anode/Kathode.
Wir haben gelernt, dass je die Reduktionswirkung des Elements eines Metalls abnimmt, je dler das Metall wird.
Also
Zn ->Fe->Pb->Cu->Ag
Reduktionswirkung nimmt an ->
Zn2+->Fe2+->Pb2+->Cu2+->Ag2+
Oxidationswirkung nimmt zu
Die Reduktionswirkung beschreibt also, wie stark ein Metall als Reduktionsmittel wirkt, während die Oxidationswirkung beschreibt, wie stark ein Metall als Oxidationsmittel wirkt.
Reduktion: Zn2+ + 2e- -> Zn
Oxidation: Zn-> Zn2+ + 2e-
Also gibt Zink eher Elektronen ab , als das es welche aufnimmt.
Nun baue ich eine galvanische Zelle auf.
Ich nutze zwei Stoffe Zink und Kupfer.
Da Kupfer edler als Zink ist, dementsprechend ein größeres Redoxpotential hat , ist Zink die Anode. An der Anode finden ja überwiegend Oxidationen statt.
Kann ich mir das wie folgt vorstellen:
Ich habe zwei Behälter:
In einem befindet sich ein Zinkstab in einer Zinksulfidlösung.
Aus dem Zink "lösen" sich Zinkionen und die Elektronen bleiben im Zinkstab zurück.
Das gleiche passiert bei dem Behälter mit Kupfer und Kupfersulfid.
Aber hier müssten sich doch auch Kupferionen aus dem Kupferstab lösen.
D.h hier finden auch Oxidationen statt.
Warum verlaufen nun die Elektronen aber zum Kupfer?
Gibt es hier weniger Elektronen?
Denn eigentlich entstehen ja die Metallionen durch Oxidation.
Dabei entstehen auch Elektronen.
Aber was passiert mit diesen, dass andere Elektronen aus dem Zink diese ersetzten müssen?
Grüße
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(Antwort) fertig | | Datum: | 21:37 Di 17.03.2009 | | Autor: | ONeill |
Du solltest deine fragen auch als Fragen kennzeichnen, sonst wird man eher weniger darauf aufmerksam.
> Ich habe den Text soweit verstanden, aber habe einfach
> Angst, dass ich eine Aufgabe bekomme, die ich dann nicht
> lösen kann.
Mit den Erklärungen kannst du die Aufgabe sicher lösen, alles andere geht über euren Stoff sicherlich hinaus.
> Z.B mit Anilin. Ich hätte gesagt, dass es sich hier um
> einen -I Effekt handelt (aufgrund der Aminogruppe) oder
> eben einen +M Effekt und dadurch müsste ja eigentlich eine
> saure Reaktion stattfinden.
Die Amino Gruppe hat sicherlich einen schwachen Induktiven Effekt, der spielt hier aber keine besonders große Rolle. Du hast recht, dass durch die I-Effekte etwas mehr Elektronen zum N gezogen werden. Im Extremfall kannst du es dir negativ polarisiert vorstellen und somit eine super Position damit ein positves H dort angreifen kann.
> Und ein Frage hätte ich noch zum Verständnis von
> Anode/Kathode.
>
> Wir haben gelernt, dass je die Reduktionswirkung des
> Elements eines Metalls abnimmt, je dler das Metall wird.
Richtig, mit etwas unendlem lässt sich gut reduzieren, mit etwas edlem nicht.
> Also
>
> Zn ->Fe->Pb->Cu->Ag
> Reduktionswirkung nimmt an ->
Nimmt ab!
> Zn2+->Fe2+->Pb2+->Cu2+->Ag2+
> Oxidationswirkung nimmt zu
Richtig
> Die Reduktionswirkung beschreibt also, wie stark ein Metall
> als Reduktionsmittel wirkt, während die Oxidationswirkung
> beschreibt, wie stark ein Metall als Oxidationsmittel
> wirkt.
So kann man das sagen ![[ok]](/images/smileys/ok.gif "[ok]")
> Reduktion: Zn2+ + 2e- -> Zn
> Oxidation: Zn-> Zn2+ + 2e-
stimmt auch...
> Also gibt Zink eher Elektronen ab , als das es welche
> aufnimmt.
Naja je nach Reaktionspartner...
> Nun baue ich eine galvanische Zelle auf.
>
> Ich nutze zwei Stoffe Zink und Kupfer.
Nennt man auch Daniell Element.
> Da Kupfer edler als Zink ist, dementsprechend ein größeres
> Redoxpotential hat , ist Zink die Anode. An der Anode
> finden ja überwiegend Oxidationen statt.
Zink gibt Elektronen ab, läd sich negativ auf, daher gehen die Kationen dahin und darum nennt man das Kathode (Merksatz Kationen gehen zur Kathode).
> Kann ich mir das wie folgt vorstellen:
>
> Ich habe zwei Behälter:
> In einem befindet sich ein Zinkstab in einer
> Zinksulfidlösung.
> Aus dem Zink "lösen" sich Zinkionen und die Elektronen
> bleiben im Zinkstab zurück.
Ja kann man so sagen.
> Das gleiche passiert bei dem Behälter mit Kupfer und
> Kupfersulfid.
Nein das passiert da nicht! Warum sollte das edle Kupfer in Lösung gehen?
> Aber hier müssten sich doch auch Kupferionen aus dem
> Kupferstab lösen.
> D.h hier finden auch Oxidationen statt.
Falsch!
> Warum verlaufen nun die Elektronen aber zum Kupfer?
Die Kupfer-Elektrode ist positiv geladen, weil dort Kupferionen reduziert werden.
> Gibt es hier weniger Elektronen?
Aus dem oben genannten Grund ja.
> Denn eigentlich entstehen ja die Metallionen durch
> Oxidation.
Nein durch Reduktion, schau dir mal deine Gleichungen oben an.
Gruß Christian
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 22:25 Di 17.03.2009 | | Autor: | Maluues |
Auch hier wieder danke für deine Antwort Christian.
Eine kleine Frage hätte ich noch:
Das Kupfer bildet also die Kathode.
Die Kathode ist positiv geladen.
Warum ist denn die Kathode positiv geladen?
Reduktion heißt ja eigentlich, dass Cu2+ Ionen Elektronen aufnehmen und zu Cu reagieren
Also Cu2+ + 2e- ->Cu
Vorher nimmt die Kathode die positive Ladung?
Ich könnte mir vorstellen, dass die Abscheidungstension hier eine Rolle spielt.
Die Metallionnen der Kupfersulfatlösung, wollen "zum Metall werden" , aber es fehlen die dafür benötigten Elektronen.
Viele Cu2+ Ionen (die durch das Wasser hydrisiert sind =nennt man das so?) lagern sich dann die Kathode an und diese wird positiv.
Ist das richtig so?
Grüße Marcel
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(Antwort) fertig | | Datum: | 23:33 Di 17.03.2009 | | Autor: | ONeill |
> Auch hier wieder danke für deine Antwort Christian.
Bitte!
> Eine kleine Frage hätte ich noch:
> Das Kupfer bildet also die Kathode.
> Die Kathode ist positiv geladen.
Also Die Kationen gehen zur Kathode. Die Kathode ist also negativ geladen.
Die Anionen sind negativ geladen und gehen zu Anode, die muss also positiv geladen sein.
> Warum ist denn die Kathode positiv geladen?
> Reduktion heißt ja eigentlich, dass Cu2+ Ionen Elektronen
> aufnehmen und zu Cu reagieren
>
> Also Cu2+ + 2e- ->Cu
Richtig!
> Vorher nimmt die Kathode die positive Ladung?
Was ist vorher?
> Ich könnte mir vorstellen, dass die Abscheidungstension
> hier eine Rolle spielt.
Das Wort sagt mir grad gar nichts.
> Die Metallionnen der Kupfersulfatlösung, wollen "zum
> Metall werden" , aber es fehlen die dafür benötigten
> Elektronen.
Ja ok, die Elektronen kommen dann ja vom Zink.
> Viele Cu2+ Ionen (die durch das Wasser hydrisiert sind
> =nennt man das so?) lagern sich dann die Kathode an und
> diese wird positiv.
Man nennt das hydratisiert. Gleiche Ladungen stoßen sich ab. Also muss die Kathode negativ geladen sein, damit sich die Kationen zu ihr bewegen.
> Ist das richtig so?
Leider nein.
Gruß Christian
>
>
> Grüße Marcel
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