Nr grupy: 20T1 Nr zespołu: 1	Ćwiczenie nr 3	Data wykonania ćwiczenia: 12.05.2011r.
Zofia Świątek Aleksandra Wiewióra Mateusz Murzyn Artur Szczepaniak	Kinetyka estryfikacji.	Ocena :

1. Wstęp teoretyczny.

Estryfikacja - to reakcja chemiczna w wyniku której powstają estry. Estry można otrzymać kilkoma sposobami: przez substytucję nukleofilową chlorków lub bezwodników kwasowych alkoholami, przez substytucję nukleofilową kwasów karboksylowych alkoholami w obecności katalitycznych ilości mocnego kwasu nieorganicznego, przez substytucję nukleofilową SN2 halogenku alkilowego jonem karboksylanowym, a także przez reakcję kwasu karboksylowego z diazometanem, prowadząca do estrów metylowych.

Szybkość reakcji – to miara ilości substancji w czasie przebiegu reakcji, tzn. zaniku substratów lub tworzenia produktów. Ogólne równanie:

gdzie:

v – szybkość reakcji

ν_i – współczynnik stechiometryczny i–tej substancji z równania stechiometrycznego

$\frac{\text{dc}_{i}}{d_{t}}$ – zmiana stężenia i–tej substancji w jednostce czasu

Szybkość reakcji zależy od:

- rodzaju reagujących substancji

- stężenia substratów (lub ciśnienia w przypadku reagentów gazowych)

- temperatury (podwyższenie temperatury przeważnie zwiększa szybkość reakcji)

- częstości zderzeń efektywnych cząsteczek chemicznych, czyli zderzeń prowadzących do zajścia reakcji

- katalizatora – substancji, która wprowadzona do układu reagującego zwiększa lub zmniejsza szybkość reakcji, nie ulęgając przy tym zużyciu.

Stała równowagi reakcji chemicznej K to stosunek iloczynu równowagowych stężeń (lub ułamków molowych albo ciśnień cząstkowych) produktów reakcji chemicznej podniesionych do potęg równych ich współczynnikom stechiometrycznym do iloczynu równowagowych stężeń (lub ułamków molowych albo ciśnień cząstkowych) substratów w odpowiednich potęgach.

aA + bB ⇔ cC + dD

$$K_{c} = \frac{{\lbrack A\rbrack}^{a} \bullet {\lbrack B\rbrack}^{b}}{{\lbrack C\rbrack}^{c} \bullet {\lbrack D\rbrack}^{d}}$$

Czynniki wpływające na stan równowagi chemicznej:

- zmiana stężenia któregokolwiek z reagentów

- zmiana ciśnienia

- zmiana temperatury

Katalizator nie ma wpływu na położenie stanu równowagi, jedynie przyspiesza jego osiągniecie.

1. Opis przebiegu ćwiczenia:

Przeprowadzane doświadczenie ma na celu umożliwienie wyznaczenia stałej szybkości i stałej równowagi reakcji estryfikacji. W tym celu przeprowadzamy reakcję kwasu octowego z alkoholem metylowym, w obecności wody i katalizatora (roztwór H₂SO₄).

Obliczamy ilość potrzebnych roztworów reagentów tak, aby po zainicjowaniu procesu objętość mieszaniny reakcyjnej była równa 40cm³ oraz aby przy uwzględnieniu czystości surowców, stężenia substancji były odpowiednie. Z obliczeń wynika, że ilości potrzebnych reagentów to:

2,5cm³ wody
27,7cm³ metanolu
8,71cm³ kwasu octowego
1,1cm³ kwasu siarkowego (VI)

Dane objętości roztworów przygotowujemy w 2 zlewkach - wodę i metanol w jednej zlewce, a kwas octowy i kwas siarkowy (VI) w drugiej, aby zapobiec przedwczesnej reakcji. Zawartość obydwu zlewek łączymy, umieszczamy w ogrzewanej kolbie trójdrożnej z mieszadłem. Od momentu połączenia reagentów rozpoczynamy pomiar czasu.

Po 15s. od rozpoczęcia pobieramy pierwszą próbkę roztworu, dodajemy do niej kilka kropel fenoloftaleiny i miareczkujemy na jednym z dwóch przygotowanych stanowisk 0,5 molowym roztworem KOH (do utrzymującej się >15s malinowej barwy próbki). Analizę powtarzamy dla próbek pobieranych co ok. 2 minuty, do zaobserwowania spowolnienia rekcji- wtedy wydłużamy czas między kolejnymi pobraniami próbek. Przeprowadziliśmy 10 pomiarów w czasie ok. 45 minut, wyniki analizy przedstawione są w tabelce.

1. Obliczenia:

Numer próbki	Czas [min]
1.	0	0,4836	17,8	16,5179	3,2714	4,0071	0,5349
2.	2	0,4836	15,7	16,0102	2,7637	4,5148	1,0426
3.	5	0,4836	13,6	15,5024	2,2559	5,0226	1,5504
4.	7	0,4836	12,4	15,2122	1,9657	5,3128	1,8406
5.	9	0,4836	11,4	14,9704	1,7239	5,5546	2,0824
6.	14	0,4836	9,9	14,6077	1,3612	5,9173	2,4451
7.	19	0,4836	10,1	14,6561	1,4096	5,8689	2,3967
8.	24	0,4836	8,8	14,3417	1,0952	6,1833	2,7111
9.	34	0,4836	7,7	14,0758	0,8293	6,4492	2,9770
10.	44	0,4836	6,8	13,8581	0,6116	6,6669	3,1947

Stałą równowagi reakcji obliczamy ze wzoru:

Stałą szybkości reakcji obliczamy ze wzoru:

Czas [min]	Stała równowagi reakcji K	Stała szybkości reakcji k
0	0,0396	0,0000
2	0,1063	0,0097
5	0,2226	0,0065
7	0,3270	0,0059
9	0,4481	0,0056
14	0,7276	0,0047
19	0,6808	0,0033
24	1,0672	0,0034
34	1,6447	0,0030
44	2,5129	0,0028

1. Omówienie wyników i wnioski:

Równowaga reakcji estryfikacji ustala się dosyć szybko. Szybkość estryfikacji maleje z czasem. Po pewnym czasie reakcji ilość jonów wodoru nie zmniejsza się tak gwałtownie jak na początku. Dzieje się tak, ponieważ ustala się stan równowagi (reakcja odwrotną do reakcji estryfikacji jest reakcja hydrolizy).

Reakcja kwasu z alkoholem prowadzi do powstania estru – w tym wypadku powstaje octan metylu. Reakcja estryfikacji jest katalizowana przez kwas. Niektóre z próbek pobraliśmy w większych odstępach czasu niż ten, który został podany w instrukcji do ćwiczenia, co może powodować błędy, które rzutują na wyniki.

e) Literatura cytowana:

1. G. Patrick – „Krótkie wykłady – Chemia organiczna”, wyd. PWN, Warszawa 2002

2. K. Pigoń - „Chemia fizyczna”, wyd. PWN, Warszawa 2005.

3. A. Bielański – „Chemia ogólna i nieorganiczna”, wyd. PWN, Warszawa 1982