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Material für die Lehre - Checkliste für eine chemische Reaktionsvorschrift

Eine Reaktionsvorschrift ist Theoriegesteuert, denn in einer Reaktionsvorschrift sollen alle Informationen aufgeführt werden, die nach Aussage verschiedenster Theorien zu unterschiedlichen Reaktionsprodukten führen können. Eine Reaktionsvorschrift ist ein Gerüst, welches dem Chemiker ermöglicht, über verschiedene Aspekte einer Reaktion nachzudenken. Der Chemiestudent lernt erst im Laufe des Studiums die verschiedenen Theorien kennen. Die beigefügte Checkliste soll dem Chemiestudenten helfen, seine Reaktionsvorschriften auf Vollständigkeit zu prüfen.
Die in Klammern [] angegebenen Informationen sind bescheidene Erweiterungsvorschläge des Autors, um in den Reaktionsvorschriften stärker auf kinetische Theorien hinzuweisen. Im wesentlich steht dahinter die Forderung, die vermutete Bruttogleichung in der Reaktionsvorschrift zu berücksichtigen.

Art	Detail	Hinweis auf Erfahrungen und/oder Theorien
Edukte
	Strukturformel	die Formel stellen bestimmte Information in den Vordergrund und bestimmten das Nachdenken über die Chemie
	Aggregatzustand	- Bei Feststoffen finden Reaktion auf der Oberfläche. In Flüssigkeiten können Reaktanten in Käfigen eingeschlossen sein und nach mehreren Stößen reagieren. In Gasen herrschen Stoßreaktionen vor. - Phasentransferkatalyse
	[Stöchiometrischer Koeffizient]	Welche Bruttoreaktion wird vermutet? - Lösungsmittel und Katalysatoren haben den Stöchiometrischen Koeffizienten null.
	[Molmengenüberschuss]	Ausbeuteverbesserung bei Veresterungen durch Verwendung des billigen Alkohols im Überschuss. - Bei Katalysatoren und Losungsmitteln beschreibt der Molmengenüberschuss das Verhältnis von Stoffmolmenge zu Molumsatzmenge der Bruttoreaktion.
	[Konzentration]	Die Konzentration sollte bei Reaktionen in Lösungsmitteln angegeben werden, weil sich mit der Konzentration das Verhältnis der Reaktionsgeschwindigkeit von Hauptreaktion zu Nebenreaktion ändern kann
	Molmenge	Hilfreich für das einfache und fehlerfreie Reproduzieren der Reaktion
	Katalysator?	Ja oder nein - dies ist eine Bewertung - Konnte der Katalysator am Ende der Reaktion wieder zurückgeholt werden? Läuft die Reaktion ohne Katalysator langsamer ab?
	Lösungsmittel	Ja oder nein - dies ist auch eine Bewertung. Die Wirkung von Lösungsmittel auf Ausbeute und Reaktionsgeschwindigkeit ist bekannt.
Art der Eduktvermischung
	tropfenweise, im Guss Zugabe, einstreuen, ...	Die Art der Zugabe kann zu lokalen Eduktüberschüssen (Konzentrationsspots) führen mit entsprechenden Nebenreaktionen und/oder Verunreinigungen Beispiel Fällung von BaSO4.
	heftiges Rühren, Wirbelschicht, ...	Die Art der Vermischung bestimmt die Verteilung, inwieweit die Reaktion durch Transportprozesse bestimmt werden, oder wie ausgeprägt es zu Hot-Spot innerhalb des Reaktors kommt
Reaktionsbedingungen
	Temperatur	Je heißer desto schneller
	Druck	Unter Druck wird alles schlimmer
	Katalysator	Manchmal wird der Katalysator nicht bei den Edukten aufgeführt. Dann wird der Katalysator bei den Reaktionsbedingungen aufgeführt. - Schlechter Stil.
	Licht	- Im Labor wird mit Glasgeräten gearbeitet. Spielt das Tageslicht bei den Reaktionen eine Rolle? - Mikrowellen zum Beispiel bei der Untersuchung von Reaktionsgeschwindigkeiten mit NMR
	[Lösungsmitteltyp]	Die Charakterisierung des Lösungsmittels mit seinen intermolekularen Wechselwirkungen sollte berücksichtigt werden, weil durch die intermolekularen Wechselwirkungen der Transport sowie die Abschirmung von Edukten bestimmt wird
	[Molmenge]	Die Molmenge bezieht sich auf den Molumsatz der vermuteten Bruttoreaktion. Das gleiche gilt für die Angabe der Konzentration]
	Besonderes	Spezialfälle wie zum Beispiel Reaktionen mit Ultraschall
Produkte
	Strukturformel	siehe oben Edukte-Strukturformel
	Aggregatzustand	Bei den Aggregatzuständen sollte man bei flüssigen Phasen zum Beispiel zwischen wässrigen und nichtwässrigen Phasen unterscheiden.
	[stöchiometrischer Koeffizient]	Welche Bruttoreaktion wird vermutet? - Nebenprodukte, zum Beispiel bei enantio-selektiven Reaktionen, erhalten den stöchiometrischen Koeffizienten null.
	[Molmengenüberschuss]	Definiere die Ausbeute bezogen auf den Bruttoreaktionsumsatz
	[Konzentration]	Die Konzentration sollte bei Reaktionen in Lösungsmitteln angegeben werden, um den Aufwand für die Isolierung des Stoffes abschätzen zu könnten.
	Molmenge	Hilfreich für die Kontrolle des Ergebnisses
	Weiterreaktion	Ja oder Nein
Aufarbeitung der Produkte
	Verfahren	Wie stellt man sicher, dass die Reaktion zum Endprodukt nicht erst zum Beispiel bei der Destillation des Reaktionsgemisches gebildet wird?
	Nachweisverfahren [mit Schema]	Das vorgeschlagene Symbolschema gibt für eine übersichtliche Darstellung der verschiedenen Nachweisarten. Die Beschreibung der Ergebnisse im Detail darf natürlich nicht fehlen
Folge-Reaktionsbedingungen
	siehe oben	Für Temperatur, Druck, Katalysator, Licht, [Lösungsmitteltyp], [Molmenge], Besonderes gilt das Gleiche wie bei den Reaktionsbedingungen.
Folge-Produkte
	Siehe oben	Für Strukturformel, Aggregatzustand, [stöchiometrischer Koeffizient], [Molmengenüberschuss], [Konzentration], Molmenge, Weiterreaktion gilt das Gleiche wie für die Beschreibung der Produkte.
..	...	... und so weiter ...

Bei der Beschreibung wurde die Einführung eines Schemas zur Darstellung der Nachweisarten gewünscht. Hinter dem Schema steht die triviale Erkenntnis, dass verschiedene Nachweisverfahren, verschiedene Aspekte eines Stoffes bzw. Moleküls untersuchen. Diese Vielfalt wurde in einem abstrakten Symbol zusammengefasst. In dem Symbol können auch mehrere Nachweisarten aufgezählt werden, weil jede Nachweisart sein spezielles Zeichen im Symbol hat.
Das Notationsschema der Identifizierungs- und Charakterisierungsmethoden basiert auf dem Prinzip des "additiven" Piktogramms. Als Grundsymbol wird ein dreiatomiges Molekül verwendet, welches innerhalb eines Rechtecks dargestellt ist. Die verschiedenen Identifizierungs- und Charakterisierungsarten werden als Zusatzzeichen in das Piktogramm eingetragen.
Zu den Identifizierungsverfahren zählen alle Licht-spektroskopischen Bestimmung der molekularen Struktur. Die Symbole der Identifizierungsarten sind immer auf das dreiatomige Molekül im Grundsymbol bezogen.
Zu den Charakterisierungsmethoden zählen alle anderen Verfahren. Diese Verfahren charakterisieren in der Regel nicht das Molekül, sondern die Stoffeigenschaften. Für die Systematisierung der Notation werden die Charakterisierungsmethoden in vier Klassen untergliedert. Jede Klasse ist einer der vier Ecken des Rechtecks zugeordnet. Die chemischen Charakterisierungsmethoden sind der linken unteren Ecke zugeordnet. Die physikalischen Charakterisierungsmethoden werden in der rechten unteren Ecke angeführt, während die chromatographischen bzw. mesoskopischen♠ 1 Verfahren in der linken oberen Ecke bzw. am oberen Rand angegeben werden. Die rechte obere Ecke ist für die sonstigen Methoden - wie zum Beispiel den theoretischen Berechnungen oder biologischen Nachweisverfahren etc. - reserviert.
Um die Symbole zu erzeugen, kann man auch einen Word-Makro verwenden. Einen entsprechenden Link findet man unter www.reaktionsgleichung.de (direkt zum Makrodownload) Ob der Makro bei den Versionen oberhalb von Word 2000 arbeite, kann nicht gesagt werden.

Die Identifizierungsverfahren

http://www.buergerstimme… ©2008 (www/∗)

Die Zeichen für die verschiedenen Charakterisierungsarten im Piktogrammschema

Die Charakerisierungsverfahren

http://www.buergerstimme… ©2008 (www/∗)

Die Zeichen für die verschiedenen Identifizierungsarten im Piktogrammschema

Literatur:
Dr. Dieter Porth, Dissertation, Göttingen 1995.
Link zur Kopie der Arbeit im Internet. (Die Dissertation ist in viele kleine Einzeldokumente zerlegt worden. Das Hauptdokument ist die Datei REA15_MM.DOC).

Liste der redaktionellen Inline-Kommentare

♠ 1) Mesoskopisch meint den Größenordnungsbereich, der kleiner ist das, was man mit einem normalen Mikroskop beobachten kann. Es meint den Bereich, den man nur noch mit Rasterelektronenmikroskopen oder Rastertunnelmikroskopen untersuchen kann. Dieser Bereich beginnt um dem Faktor hundert bis tausendmal so groß wie ein kleines Molekül. Der sehr feine Feinstaub hat eine mesoskopische Größenordnung.

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