Krzysztof Sowiński

Ćwiczenie numer 15:

KINETYKA REAKCJI I RZĘDU - INWERSJA SACHAROZY

1. Kinetyka reakcji - szybkość zachodzenia reakcji chemicznej - nie jest stała i ulega zmianie w trakcie reakcji. Szybkość reakcji zależy od stężenia reagentów (im większe stężenie, tym większa szybkość reakcji). Szybkość reakcji chemicznej zależy od szybkości zachodzenia najwolniejszej reakcji elementarnej.

Szybkość reakcji określa zmianę stężenia danego reagenta lub jego liczbę moli w czasie:

albo

gdzie:

- chwilowa szybkość reakcji,

- stężenie substratu i,

-stężenie produktu i,

Stosuje się również następujący wzór:

gdzie:

- stężenie reagenta w danym momencie,

- współczynnik stechiometryczny tego reagenta,

Zaletą powyższego wzoru jest to, że szybkość reakcji nim określona jest jednakowa dla wszystkich reagentów.

Zależność szybkości reakcji od stężenia przedstawia równanie kinetyczne:

,

gdzie:

- stężenia substratów,

- stała szybkości reakcji, charakterystyczna dla danej reakcji w danej temperaturze,

- określają rząd reakcji (suma a+b+c+… - jest sumarycznym rzędem reakcji),

Wartości a, b, c… są zazwyczaj niezgodne ze współczynnikami stechiometrycznymi danej reakcji, gdyż równanie kinetyczne jest tylko empiryczną zależnością ukazującą przebieg reakcji w czasie.

Reakcja inwersji sacharozy przebiega następująco:

jednak najpierw zachodzi reakcja:

następnie kompleks C₁₂H₂₃O₁₁⁺ ulega powolnej reakcji z cząsteczkami wody - jest to reakcja limitująca szybkość całego procesu inwersji sacharozy:

Do eksperymentalnego wyznaczania szybkości reakcji chemicznej stosuje się metody chemiczne lub fizyczne:

Metody chemiczne - polegają na pobieraniu próbek z naczynia reakcyjnego i po przerwaniu w tych próbkach reakcji (np. przez oziębienie) oznaczeniu stężenia substratów albo produktów.

Metody fizyczne - polegają na badaniu właściwości fizycznych, które zależą od stopnia przereagowania (stężenia substratów) np.: skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła, współczynnik załamania światła, przewodnictwo elektryczne, zmiany objętości mieszaniny reagującej, absorpcja światła itp.

2. J. Ceynowa, M. Litowska, R. Nowakowski, J. Ostrowska - Czubenko „Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej” Toruń, 1999, Rozdział 3.1

3. Substancje chemiczne stosowane w zadaniu:

Stężony kwas siarkowy 231-639-5

Sacharoza 200-334-9

4. Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

..................................

5. Cel wykonania ćwiczenia:

Celem wykonania ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem i wyznaczenie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy za pomocą polarymetru.

6. Opis wykonania ćwiczenia:

• przygotowano roztwór wyjściowy przez odważenie 15g sacharozy i rozpuszczenie jej w 50cm³ wody destylowanej,

• przygotowano roztwór II przez odmierzenie 20cm³ roztworu wyjściowego i rozcieńczenie go wodą destylowaną do 50cm³ i zmierzono skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła,

• przygotowano roztwór III przez odmierzenie do kolby miarowej na 50cm³ - 20cm³ roztworu wyjściowego i uzupełnienie do kreski roztworem kwasu siarkowego o stężeniu 2
  i mierzono skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła począwszy od 20 minuty co 5 minut.

8. Zestawienie wyników:

Wyniki eksperymentalne:

Czas reakcji t (s)	Kąt (w stopniach)
0	18,98
1200	11,31
1500	9,91
1800	8,13
2100	7,09
2400	5,57
2700	4,17
3000	2,93
3300	2,36
3600	1,52
3900	0,50
4200	-0,34
4500	-0,90
4800	-1,50
5100	-2,46
5400	-2,85
5700	-3,23
6000	-3,52
6300	-3,94
6600	-4,20
6900	-4,45
	-5,79 (wartość obliczona)

Stężenie początkowe roztworu sacharozy = 301,60
,

Stężenie katalizatora = 2
,

Temperatura pomiarów = 300K

Zestawienie wyników obliczeń:

	(w stopniach, z ekstrapolacji)	K
3,5028	27,31	-4,4817

9. Wnioski:

­Obliczona metodą najmniejszych kwadratów wartość stałej szybkości reakcji wynosi 

. Na podstawie eksperymentalnie wyznaczonych wartości polaryzacji sporządzono wykres:
, którego prostoliniowy przebieg (współczynnik korelacji prostoliniowej
) jednoznacznie określa rząd reakcji - równy 1.

---