Politechnika Poznańska Wydział Technologii Chemicznej ICP	Student: Tomasz Pawlic	Data przeprowadzenia ćw. 17.03.2009
Grupa 2; Zespół 2	Ćwiczenie nr 3	Prowadzący: mgr inż. Ilona Acznik

Temat: Wpływ siły jonowej roztworu na stałą szybkości reakcji.

Przygotowywanie roztworów roboczych:

Stężenie roztworów wyjściowych	[mol/l]
fiolet krystaliczny	0,0001
azotan potasu	1
wodorotlenek potasu	0,1
Objętości roztworów podstawowych użytych do przygotowania roztworów roboczych
roztwór	(kolbka 50ml)
	fiolet krystaliczny
	[ml]
1	10
2	10
3	10
4	10
5	10
6	10

Skład roztworu – stężenia poszczególnych składników:

roztwór	kolbka	50	ml
	fiolet krystaliczny	sól KNO3	KOH
	[mol/l]	[mol/l]	[mol/l]
1	0,00002	0,00	0,01
2	0,00002	0,01	0,01
3	0,00002	0,05	0,01
4	0,00002	0,10	0,01
5	0,00002	0,20	0,01
6	0,00002	0,25	0,01

Szukanie długości fali elektromagnetycznej dla której absorpcja jest największa. Długość fali dla której roztwór wykazywał maksymalną absorpcję: λ=585nm. Wartość absorbancji dla roztworu o stężeniu fioletu krystalicznego 2*10-5 M - E₀=1,489.

roztwór	Ekstynkcja roztworów po różnym czasie od przyrządzenia
	czas [min]
	[s]
1	Ekstynkcja
2
3
4
5
6

Obliczanie stałej szybkości reakcji dla różnych roztworów po określonym czasie ze wzoru:

$$\mathbf{k =}\frac{\mathbf{2,303}}{\mathbf{t}}\mathbf{\lg}\frac{\mathbf{E}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{E}}$$

gdzie:

• t – czas po którym była badana ekstynkcja roztworu;

• E₀ – ekstynkcja roztworu w chwili początkowej (przed dodaniem jonów -OH);

• E – ekstynkcja roztworu w chwili t;

• k – stała szybkości reakcji.

Przykładowe obliczenia dla roztworu nr 4 po czasie 5 [min] = 300 [s]

Dane:

t = 5min = 300s

E₀=1,489

E=0,52

$$k = \frac{2,303}{5}\lg\frac{1,489}{0,52}$$

k = 0, 4606 * lg2, 86346

k = 0, 4606 * 0, 4569

k = 0, 21045 [min^-1]

	Tabela zawiera wyliczone wartości stałej szybkości reakcji [min^-1]
	czas [min]
roztwór	1
	2
	3
	4
	5
	6

Obliczanie średniej stałej szybkości reakcji.

Przykładowe obliczenia dla roztworu nr 4:

$$k_{sr} = {\frac{1}{6}*(k}_{5min} + k_{10min} + k_{15min} + k_{20min} + k_{25min} + k_{30min})$$

$$k_{sr} = \frac{1}{6}*(0,21044 + 0,11858 + 0,09375 + 0,07689 + 0,06685 + 0,06467$$

$$k_{sr} = \frac{1}{6}*0,63118$$

k_sr = 0, 1052 [min^-1]

roztwór	kśr
1	0,8097
2	0,1775
3	0,3286
4	0,1052
5	0,1646
6	0,1888

Obliczanie logarytmu dziesiętnego ze średniej wartości stałej szybkości reakcji.

Przykładowe obliczenia dla roztworu nr 4:

Dane:

k = 0, 1052 [min^-1]

k = 0, 1052 = 10^−0, 978

lgk = −0, 978

roztwór	lg kśr
1	-0,092
2	-0,751
3	-0,483
4	-0,978
5	-0,784
6	-0,724

Przekształcanie wzoru na siłę jonową roztworu:

$$\mathbf{J =}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbf{\sum}\mathbf{c}_{\mathbf{i}}\mathbf{*}\mathbf{z}_{\mathbf{i}}^{\mathbf{2}}$$

gdzie:

c_i – stężenie i-tego jonu w roztworze;

z_i – ładunek i-tego jonu

Ponieważ fiolet krystaliczny, wodorotlenek potasowy oraz sól azotan potasu, składają się z jonów o ładunku równym jedności wzór upraszcza się do postaci:

$$\mathbf{J =}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbf{\sum}\mathbf{c}_{\mathbf{i}}$$

Uwzględniając występujące jony, równanie przyjmuje postać:

$$J = \frac{1}{2}*\left( \left\lbrack K^{+} \right\rbrack + {\lbrack NO}_{3}^{-} \right\rbrack + \left\lbrack \text{OH}^{-} \right\rbrack + \lbrack F_{i}^{+}\rbrack + {\lbrack A}^{-}\rbrack)$$

gdzie:

[K⁺] – stężenie jonu K⁺, które jest równe sumie stężeń [KNO₃] i [KOH];

[NO₃^-] – stężenie jonu NO₃^-, równe stężeniu azotanu potasowego;

[OH^-] – stężenie jonu OH^-, równe stężeniu wodorotlenku potasowego, (stężenie tych jonów pochodzące od innych substancji pomija się);

[F_i⁺] – stężenie kationu fioletu krystalicznego;

[A⁺] – stężenie anionu jednowartościowego towarzyszącego fioletowi krystalicznemu.

Obliczanie stężeń jonów występujących w roztworze.

Przykładowe obliczenia dla roztworu nr 4:

Dane:

[FiA]=0, 00002 [mol/l]

[KNO₃] = 0, 1 [mol/l]

[KOH]=0, 01 [mol/l]

[K⁺] = [KOH] + [KNO₃] [F_i⁺] = [F_iA]

[K⁺] = 0, 01 + 0, 1 [F_i⁺] = 0, 00002 [mol/l]

[K⁺] = 0, 11 [mol/l]

[NO₃⁻] = [KNO₃] [A⁻] = [F_iA]

[NO₃⁻] = 0, 1 [mol/l] [A⁻] = 0, 00002 [mol/l]

[OH⁻] = [KOH]

[OH⁻] = 0, 01 [mol/l]

Tabela zawierająca obliczone stężenia jonów dla różnych roztworów [mol/l]:

roztwór	[K^+]	[NO3^-]	[OH^-]	[Fi^+]	[A^-]
1	0,01	0,00	0,01	0,00002	0,00002
2	0,02	0,01	0,01	0,00002	0,00002
3	0,06	0,05	0,01	0,00002	0,00002
4	0,11	0,10	0,01	0,00002	0,00002
5	0,21	0,20	0,01	0,00002	0,00002
6	0,26	0,25	0,01	0,00002	0,00002

Obliczanie mocy jonowej roztworu:

$$\mathbf{J =}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbf{*}\left( \left\lbrack \mathbf{K}^{\mathbf{+}} \right\rbrack\mathbf{+}\mathbf{\lbrack NO}_{\mathbf{3}}^{\mathbf{-}} \right\rbrack\mathbf{+}\left\lbrack \mathbf{\text{OH}}^{\mathbf{-}} \right\rbrack\mathbf{+ \lbrack}\mathbf{F}_{\mathbf{i}}^{\mathbf{+}}\mathbf{\rbrack +}\mathbf{\lbrack A}^{\mathbf{-}}\mathbf{\rbrack)}$$

Przykładowe obliczenia dla roztworu nr 4:

Dane:

[K⁺] = 0, 11 [mol/l]

[NO₃⁻] = 0, 1 [mol/l]

[OH⁻] = 0, 01 [mol/l]

[F_i⁺] = 0, 00002 [mol/l]

[A⁻] = 0, 00002 [mol/l]

$$J = \frac{1}{2}*(0,11 + 0,1 + 0,01 + 0,00002 + 0,00002)$$

$$J = \frac{1}{2}*0,22004$$

J = 0, 11002

siła jonowa roztworów
roztwór
1
2
3
4
5
6

Obliczanie pierwiastka kwadratowego z siły jonowej roztworu.

Przykładowe obliczenia dla roztworu nr 4:

Dane:

J = 0, 11002

$$J^{\frac{1}{2}} = {0,11002}^{\frac{1}{2}}$$

$$J^{\frac{1}{2}} = 0,332$$

roztwór	J	J^1/2
1	0,01002	0,100
2	0,02002	0,141
3	0,06002	0,245
4	0,11002	0,332
5	0,21002	0,458
6	0,26002	0,510

Dane do wykresu $lgk = f\left( J^{\frac{1}{2}} \right)$

roztwór	J^1/2	lg k
1	0,100	-0,092
2	0,141	-0,751
3	0,245	-0,483
4	0,332	-0,978
5	0,458	-0,784
6	0,510	-0,724

Przecięcie osi OY w punkcie: (0; -0,309)

Nachylenie wykresu funkcji: Y = −1, 097

Obliczanie stałej Debye'a - Huckel'a:

Y = 2A^′ * z_A * z_B

Jeśli: z_A = 1 oraz z_B = 1 to:

Y = 2A^′

$$A^{'} = \frac{Y}{2}$$

dla Y = −1, 097

$$A^{'} = \frac{- 1,097}{2}$$

A^′ = −0, 5485