background image

 

Numer grupy: 

Data wykonywania ćwiczenia: 
11.10.2009r. 

Symbol zespołu: 

Symbol i tytuł ćwiczenia: 

Ćwiczenie 6-1 

„Wyznaczanie stałej szybkości reakcji pierwszego 
rzędu. Wyznaczanie stałej szybkości reakcji 
inwersji sacharozy metodą polarymetryczną.”

 

Sk

ład zespołu: 

1) 

Głąbikowski Łukasz 

2) 

Jastrzębska Beata 

3)  Kalyta Martyna 

Ocena wystawiona przez prowadzącego:

   

 

1. 

CEL ĆWICZENIA:  

 
Celem  ćwiczenia  jest  wyznaczenie  stałej  szybkości  reakcji  inwersji  sacharozy,  oraz 
zapoznanie się z metodami pomiaru szybkości reakcji pierwszego rzędu. 
 

 

2. 

WSTĘP TEORETYCZNY 

 
Szybkością reakcji
 chemicznej nazywamy stosunek zmiany stężenia substratu lub produktu 
do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła, co możemy zapisać następująco: 
 
 

 

 

Gdzie, c

A

 

– stężenie substratu A w chwili t 

 

 

 

 

C

X

 

– stężenie produktu X w chwili t 

 
Reakcją  pierwszego  rzędu  –  określamy  reakcje,  których  szybkość  wyznaczona 
eksperymentalnie  jest  proporcjonalna  do  pierwszej  potęgi  stężenia  składnika  reagującego. 
Równanie kinetyczne dla reakcji I rzędu można zapisać 
 

Gdzie,  k 

–  jest  stałą  szybkości  reakcji  róną  szybkości  reakcji  gdy 

stężenie  substratu  jest  jednostkowe  (wartość  charakter.  Dla  danej 
reakcji w danej T) 

 
Po scałkowaniu równania i rozwiązaniu względem k otrzymujemy: 
 
 

 

 

Gdzie, cº

A

 

– oznacza stężenie początkowe substratu 

 

 

 

 

c

A

 

– oznacza stężenia substratu po czasie t  

 
 
SACHAROZA 

–  jest  optycznie  czynna  i  skręca  płaszczyzną  światła  spolaryzowanego  w 

prawo. 

Dwucukier ten ulega w roztworze wodnym hydrolizie wg następującego równania: 

C

12

H

22

O

11

 + H

2

O  C

6

H

12

O

6

 + C

6

H

12

O

6

 

Sacharoza 

 

glukoza + fruktoza 

Jej produkty natomiast skręcają płaszczyznę światła spol. W lewo stąd też w trakcie reakcji 
możemy  obserwować  zmianę  kąta  skręcenia  światła  w  polarymetrze  (z  wartości  dodatnich 
na  ujemne 

–  czyli  inwersję  kąta  skręcania).  Szybkość  reakcji  hydrolizy  sacharozy  zależy 

dt

dc

dt

dc

v

X

A

A

A

kc

dt

dc

v

A

A

c

c

t

k

ln

1

background image

odjej  początkowego  stężenia  oraz  stężenia  jonów  wodorowych  niezbędnych  do 
zapoczątkowania reakcji (konieczność użycia kwasu). 
Mierząc  kąt  skręcenia  płaszczyzny  światła  spolaryzowanego  przepuszczonego  przez 
rea

gującą  mieszaninę  umieszczoną  w  rurce  polarymetrycznej  możemy  śledzić  szybkość 

reakcji  hydrolizy  sacharozy  (kąt  skręcenia  światła  spolaryzowanego  jest  liniową  funkcją 
stężenia substratu). Jeżeli przyjmiemy że: 
 
α

– kąt skręcenia płaszcz. Przed zapoczątkowaniem reakcji 

α

 - 

kąt skęcenia po zakończeniu reakcji 

α

t

 

– kąt skręcenia w chwili t od zapoczątkowania reakcji 

 
to 

A

 

= u(α

α

    c

A

 

= u (α

t

 - 

α

 
po  podstawieniu  do  wzoru  na  stałą  szybkości  reakcji  dla  r.  pierwszego  rzędu  otrzymujemy 
wzór dzięki któremu obliczymy stałą szybkości reakcji inwersji sacharozy: 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

3. 

WYKONANIE ĆWICZENIA: 

 
Układ  doświadczalny  składał  się  z:  
polarymetru,  kolby  Erlenmayera  na  100cm

3

,  kwas 

solny 2mol∙dm

-3

; waga analityczna, sacharoza, pipety o objętości 25cm

3

, stopera 

 
 

1.  Przygotowanie  roztworu  sacharozy 

–  do  60cm

3

  wody  destylowanej  umieszczonej 

w  erlenmajerce  wsypano  40g  odważonej  sacharozy  (roztwór  40%)  i  dokładnie 
wymieszano! 

2. 

Próbka  kontrolna  –  do  25cm

3

  40%  roztworu  sacharozy  umieszczonego  w  czystej 

kolbie  wprow

adzono  za  pomocą  pipety  25cm

3

  wody  destylowanej,  dokladnie 

wmieszano  i  wypełniono  otrzymanym  roztworem  rurkę  polarymetryczną.  Zmierzono 
początkową wartość kąta skręcenia (α

0

) 

3. 

Roztwór  właściwy  –  25cm

3

 

roztworu  sacharozy  umieszczono  za  pomocą  pipety  w 

czystej kolbie stożkowej. Następnie za pomoca czystej pipety odmierzono taka samą 
objętość  kwasu  solnego  i  wprowadzono  do  kolby  z  roztworem.  W  tym  momencie 
włączono stoper, który mierzył dokładny czas trwania reakcji. 

Otrzymany  roztwór  wprowadzono  do  rurki  polarymetrycznej,  którą  uprzednio 
opróżniono  i  oczyszczono.  Rurkę  umieszczono  w  polarymetrze.  Odczytując  na 
stoperze  czas  reakcji 

mierzono  wartość  kąta  skręcenia  płaszczyzny  światła 

spolaryzowanego, co 10 minut. Wyniki zestawiono w tabeli 1. 

4.  Obliczono 

wartości stałej szybkości reakcji ze wzoru (1) dla każdego pomiaru 

5. 

Sporządzono  wykres  zależności 

kt

t

)

ln(

)

ln(

0

 

a  następnie 

wyznaczono stałą szybkości k, której wartość równa jest tangensowi kąta nachylenia 
otrzymanej prostej. 

 

 
 
 
 
 
 
 

t

t

k

0

ln

1

background image

4.  OBLIC

ZENIA i OPRACOWANIE WYNIKÓW 

 
kąt  skręcenia  światła  spolaryzowanego  po  zakończeniu  reakcji  obliczamy  ze  wzoru 

)

005

,

0

44

,

0

(

0

T

 

Natomiast stała  szybkość k ze wzoru   
 
 

Czas 

trwania 

reakcji [min] 

α

0

 

α

t

 

α

 

0

-

α

t

-

α

ln(α

t

-

α

Stała szybkości k 

15,35 

14 

-4,98875  20,33875  18,98875  2,943847  13,736*10

-3

 min

-1 

10 

15,35 

13,95 

-4,98875  20,33875  18,93875  2,94121 

7,132*10

-3

 min

-1

 

15 

15,35 

11,35 

-4,98875  20,33875  16,33875  2,79354 

14,599*10

-3

 min

-1

 

20 

15,35 

10,1 

-4,98875  20,33875  15,08875  2,713949  14,929*10

-3

 min

-1

 

25 

15,35 

8,85 

-4,98875  20,33875  13,83875  2,627473  15,402*10

-3

 min

-1

 

30 

15,35 

7,8 

-4,98875  20,33875  12,78875  2,548566  15,465*10

-3

 min

-1

 

35 

15,35 

6,65 

-4,98875  20,33875  11,63875  2,45434 

15,102*10

-3

 min

-1

 

40 

15,35 

5,8 

-4,98875  20,33875  10,78875  2,378504  13,955*10

-3

 min

-1

 

50 

15,35 

4,75 

-4,98875  20,33875  9,73875 

2,276113   13,389*10

-3

 min

-1

 

60 

15,35 

2,1 

-4,98875  20,33875  7,08875 

1,958509   16,218*10

-3

 min

-1

 

średnie 

 
14 *10

-3

 min

-1

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

t

t

k

0

ln

1

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Wyznaczamy stałą szybkości reakcji k metoda graficzna. W tym celu korzystamy ze wzoru 
linii  trendu  (wzorcowej)  wyznaczonej  przez  arkusz  kalkulacyjny  Excel

,  wartość 

współczynnika a wynosi tg

.

  

 
= -tg

 = -a, gdzie a = -0,0174 

 
 

5. 

SPOSTRZEŻENIA i WNIOSKI 

 

 

Cel ćwiczenia został osiągnięty.

 

 

Metodą  polarymetryczną  wyznaczyłyśmy  potrzebne 

α

0, 

natomiast 

α

∞ 

wyliczyłyśmy ze wzoru.

 

 

W  miarę  postępu  hydrolizy  sacharozy  zmniejsza  się  kąt  skręcenia  (po  5 
minutach z wartości 13,95 do wartości 2,1 po 60 minutach trwania reakcji).

 

 

Szybkość  reakcji  zależy  od  stężenia  sacharozy  i  stężenia  kationów 
wodorowych, które katalizują tę reakcję. 

 

 

Reakcja inwersji sacharozy można uznać za reakcję pseudopierwszorzędową 
dlatego  że,  stężenie  kationów  wodorowych  nie  ulega  zmianie,  a  stężenie 
sacharozy praktycznie się nie zmienia.

 

 

Porównując  k  wyznaczone  metodą  graficzną  k= 

0,0174

 

z  średnią  stałą 

szybkości  reakcji  k= 

14

*10

-3

=  0,014 

możemy  uznać  że  doświadczenie 

wykonaliśmy  poprawnie,  jednakże  wartości  stałej  uzyskane  tymi  dwiema 
metodami  znacznie  od  siebie  odbiega

. Wszelkie  różnice  mogą  być  skutkiem 

błędów  pomiarowych,  niedoskonałości  oka  ludzkiego,  przyrządów,  braku 
doświadczenia  w  obsłudze  polarymetru,  niedokładnym  oczyszczeniem 
elementów, przez które przechodziły promienie świetlne.