WSTĘP TEORETYCZNY:

Stałą szybkości reakcji nazywamy współczynnik proporcjonalności k w równaniu kinetycznym.

W klasycznej kinetyce przyjmuje się, że stała k jest niezależna od stężenia reagentów i czasu reakcji, natomiast zmienia się z temperaturą i zależy od rodzaju i stężenia katalizatorów. Stała szybkości wyraża liczbowo szybkość reakcji, gdy stężenie każdego z substratów wynosi 1 mol/l. Wymiar stałej zależy od postaci równania kinetycznego i wyraża się ogólnym wzorem:

Jodowanie acetonu jest reakcją autokatalizowaną przez jony wodorowe, będące jednym z jej produktów:

Jest to reakcja dwustopniowa, następcza:

Etap I

Etap II

Etap I jest powolny, odwracalny i decydujący o szybkości całej reakcji. Przebieg jego jest następujący:

postać ketonowa postać enolowa

W rezultacie szybkość całej reakcji zależy od stężenia acetonu (a-x) i kwasu (b+x), a nie zależy od stężenia jodu. Reakcja jodowania acetonu jest reakcją drugiego rzędu i szybkość jej możemy wyrazić następującym wzorem:

lub po scałkowaniu:

gdzie:

k - stała szybkości

a - początkowe stężenie acetonu

b - początkowe stężenie jonów wodorowych

x - ubytek stężenia acetonu (równy przyrostowi stężenia kwasu) po czasie t

Energią aktywacji nazywamy minimum energii jaką powinny być obdarzone cząsteczki, aby mogły przereagować. Można ją obliczyć na podstawie równania Arrheniusa:

A - współczynnik częstotliwości

Energię aktywacji można również obliczyć znając dwie stałe szybkości danej reakcji w dwóch różnych temperaturach ze wzoru:

lub badając nachylenie prostej w układzie współrzędnych lg k = f(1/T).

WYNIKI:

OPRACOWANIE WYNIKÓW:

Podstawiając do wzoru kolejno każdą otrzymaną wartość otrzymujemy wykres obrazujący zależność zmian stężenia w czasie

gdzie:

k - stała szybkości

a - początkowe stężenie acetonu

b - początkowe stężenie jonów wodorowych

x - ubytek stężenia acetonu (równy przyrostowi stężenia kwasu) po czasie t

Stężenia początkowe acetonu a i kwasu b, zostały obliczone na podstawie zależności:

Ubytek stężenia acetonu „x” (i równy mu przyrost stężenia kwasu) po upływie czasu t obliczamy w oparciu o równanie reakcji redukcji jodu tiosiarczanem i reakcję jodowania acetonu. Ubytek ten jest dwukrotnie mniejszy od ubytku tiosiarczanu, a więc: od różnicy ilości moli Na₂S₂O₃ zużyte na początku (V_o) i po upływie czasu t (V₁) na zmiareczkowanie nadmiaru jodu

gdzie V_o i V_t to ilości Na₂S₂O₃ zużyte na zmiareczkowanie 25 cm³ mieszaninie reagującej na początku reakcji (t=0) i po czasie t, c - stężenie Na₂S₂O₃ w mol/dm³

Podczas eksperymentu badano stałą szybkości reakcji jodowania acetonu w stałej temperaturze (298,15 K) dla dwu mieszanin reakcyjnych o różnym stężeniu kwasu solnego (35 ml HCl i 25 ml HCl). Wartości tych stałych wynoszą odpowiednio:

OPIS WYKONYWANEGO ĆWICZENIA:

Do kolby miarowej o pojemności 250 cm³ odmierzyłam dokładnie podane przez asystenta ilości kwasu solnego (35 ml i 25 ml) i jodu (50 ml). Mieszaninę rozcieńczyłam wodą destylowaną tak, aby do objętości 0,25 dm³ brakowało kilka cm³. Kolbę z roztworem wstawiłam do termostatu (temperatura = 25 ^oC = 298,15 K). Następnie po ustaleniu się temperatury (ok. 20 minut) odmierzyłam pipetą 4 cm³ acetonu i wlałam do kolby. Dopełniłam jej zawartość wodą destylowaną do kreski. Szybko wymieszałam i pobrałam próbkę mieszaniny reagującej pipetą o pojemności 25 cm³. Pobraną próbkę roztworu wlałam do kolby napełnionej uprzednio 25 cm³ 0,15 M roztworem NaHCO₃ i miareczkowałam ją 0,02 M Na₂S₂O₃. Kolejne próbki pobierałam co 15 minut, notując czas, jaki upłynął od chwili rozpoczęcia reakcji do momentu jej zahamowania w podanej próbce.

WNIOSKI:

Jodowanie acetonu jest reakcją autokatalizowaną przez jony wodorowe będące jednym z jej produktów. Jest to reakcja dwustopniowa, następcza. Etap I jest powolny, odwracalny i decydujący o szybkości całej reakcji. Przebieg jest

następujący:

Etap I

Etap II

Celem mojego ćwiczenia było oznaczenie stałej szybkości jodowania acetonu. W klasycznej kinetyce przyjmuje się, że stała k jest niezależna od stężenia reagentów i czasu reakcji, natomiast zmienia się z temperaturą i wyraźnie zależy od rodzaju i stężenia katalizatorów.

Jak już wcześniej napisałam stałe szybkości wyznaczone za pomocą programu „kinetyka chemiczna” (dla HCl równego 25 i 35 cm³) wynoszą kolejno:

k

k

Z moich jednak obliczeń wynika, że ów stałe wynoszą kolejno:

k

k

Zatem błędy bezwzględne wynoszą kolejno:

Dla HCl = 25 cm³ błąd wynosi

Dla HCl = 35 cm³ błąd wynosi

Błędy jak widać są dość duże, jednak nie potrafię wskazać miejsca błędu. Być może został on popełniony podczas obliczeń stałych k dla pojedynczych pomiarów. Całe doświadczenie starałam się wykonywać prawidłowo, dokładnie i precyzyjnie.

10

---