Renara Sobierańska

Wpływ stężenia kwasu na szybkość hydrolizy estru

Proces hydrolizy octanu etylu w środowisku kwaśnym przebiega według następującej reakcji:

H⁺

CH₃COOC₂H₅ + H₂O CH₃COOH + C₂H₅OH

Reakcja ta, zachodząca w środowisku wodnym, katalizowana przez jony wodorowe, jest reakcją pierwszego rzędu. O jej rzędowości decyduje wyłącznie stężenie estru, ponieważ można przyjąć, że stężenie wody nie ulega zmianie, gdyż jest ona w nadmiarze do ilości drugiego substratu.

Szybkość omawianej reakcji określa równanie:

dx/dt =k(a-x)

Gdzie:

A - stężenie początkowe estru

X - stężenie produktu tj. kwasu octowego w danej chwili t

K -stała szybkości reakcji

Przekształcając i całkując ostateczne równanie w granicach czasu od 0 i t i w granicach stężeń od 0 do x znajdujemy następujące wyrażenie na stała szybkości reakcji:

K=1/t ln (a/(a-x))

Obliczanie stałej k wymaga znajomości stężenia początkowego estru a i stężenia estru w danej chwili ( a - x). Kinetykę omawianej reakcji, katalizowanej przez jony wodorowe pochodzące z kwasu solnego, wygodnie jest badać poprzez oznaczenie stężenia produktu. Łączną zawartość kwasu solnego i powstającego kwasu octowego można znaleźć poprzez miareczkowanie roztworu zasadą sodową. Zgodnie z podstawową zależnością analizy miareczkowej ilość kwasu jest proporcjonalna do ilości zasady sodowej potrzebnej do całkowitego zobojętnienia roztworu

(C_HCl + x) = V_t (C_z / V_r)

Gdzie:

C_HCl - stężenie kwasu solnego

X stężenie powstającego kwasu octowego

C_z stężenie zasady sodowej użytej do miareczkowania

V_r objętość roztworu pobranego do miareczkowania

V_t objętość zasady sodowej potrzebna do zobojętnienia kwasów zawartych w roztworze w danej chwili

W warunkach doświadczenia, stosunek stężenia zasady sodowej i objętości roztworu pobranego do miareczkowania jest wielkością stałą. Łączną zawartość kwasu octowego i kwasu solnego wyraża równanie:

(C_HCl + x) = A V_t

Jeżeli przez V₀ oznaczymy objętość zasady sodowej, która zobojętnia stała ilość kwasu solnego, co odpowiada pomiarowi w chwili t = 0, a przez V_∞ - objętość zasady sodowej potrzebną do zobojętnienia mieszaniny kwasów zawartej w roztworze po zakończeniu procesu hydrolizy octanu etylu, tj. dla t =∞, to prawdziwe są zależności:

C_HCl = AV₀

(6)

(C_HCl + a) = AV_∞

(7)

Zatem, stężenie początkowe estru a można obliczyć stosując równanie:

A = A(V_∞ - V₀)

(8)

Zaś stężenie estru w dowolnej chwili określa wzór:

(a-x) = A (V_∞ - V_t)

(9)

Po podstawieniu wyrażeń (8) i (9) do równania (3) otrzymujemy zależność między stałą szybkości hydrolizy octanu etylu k a uzyskanymi wartościami objętości zasady sodowej V₀, V_t, V_∞

(10)

Kwas solny c = 0,5 mol dm³

czas min	czas sek	Vt	ln	Kobl	Ksr	kgr	knum
0	0	11,1	0	0
20	1200	13,5	0,4608	0,00038400
40	2400	11,6	0,08	0,00003333	0,00011013	5,00E-05	1,40E-05
60	3600	12,1	0,167	0,00004639
80	4800	12,4	0,2231	0,00004648
100	6000	12,5	0,2426	0,00004043
		17,6	0

Kwas solny C =1,5 mol dm³

czas min	czas sek	Vt	ln	Kobl	Ksr	kgr	knum
0	0	31,9	0	0
20	1200	34,5	0,3502	0,00029183	0,00014781	1,00E-04	7,17E-05
40	2400	34,4	0,3342	0,00013925
60	3600	35,1	0,4519	0,00012553
80	4800	35,2	0,47	0,00009792
100	6000	35,4	0,507	0,00008450
		40,7	0

Obliczenia dla Kwasu solnego o C=0,5 mol/l

Czas t [s]

T1 =0

T2=1200

T3=2400

T4=3600

T5=4800

T6=6000

Objętość V [cm³]

V_{0 =}11.1

V₁=13,5

V_{2 =} 11,6

V₃ =12.1

V₄ =12,4

V₅₌ 12,5

V_{∞ =}17,6

Dla V₂

Dla V₃

Dla V₂

Dla V₃

Obliczenia dla Kwasu solnego o C=1,5 mol/l

]

Czas t [s]

T1 =0

T2=1200

T3=2400

T4=3600

T5=4800

T6=6000

Objętość V [cm³]

V₀ 31,9

V₁ 34,5

V₂ 34,4

V₃ 35,1

V₄ 35,2

V₅ 35,4

V_∞ 40,7

Dla V₁

Dla V₃

Dla V₁

Dla V₂

_{Zależność miedzy czasem miareczkowania octanu etylu a objętościami zasady sodowej ( katalizator HCl o C= 0,5 mol/l)}

_{Zależność miedzy czasem miareczkowania octanu etylu a objętościami zasady sodowej ( katalizator HCl o C= 1,5 mol/l)}

Wnioski:

Stała szybkości reakcji w środowisku kwasu solnego o C=0,5 mol/l jest mniejsza niż stała szybkości w środowisku kwasu o C=1,5 mol/l . Wynika z tego, że im większe stężenie kwasu czyli stężenie jonów wodorowych tym większa stała szybkości reakcji. Reakcja opisana w tym doświadczeniu przebiega szybciej im jest większe stężenie kwasu. Jony wodorowe są katalizatorem i powodują wzrost szybkości tej reakcji.

---